几种雷达体制抗有源杂波干扰的比较

少�种雷达体制抗有源杂波干扰的比较 彭 家 庭 提要 � 本文推导出了 “ 简单脉冲制 ” 、 “脉冲压缩制 、 ,’ 永冲多 卜勒制” 三种 体 制的雷达在宽带有源杂波干扰下的 自卫距离 。 对它们抗这种干扰的能力从信号 体制上进行了比较 。 一雷达的抗干扰性能是雷达设计中最重要的问题之一 , 而对于对空火控雷达 !如炮 瞄 雷达、地空导弹制导雷达等 ∀ 最重要的是它的抗有源宽带杂波干扰的能力 。一个雷达的抗 有源杂波干扰的能力与很多因素有关 , , 这里仅就雷达采用的信号体制加以定量的比较 。 对空火控雷达较多采 川的体制主要是 � 简单脉冲制 、 脉冲压缩制 、 脉冲多 卜勒制三 种 。 它们之中抗宽带有源杂波的能 力谁优 谁劣 , 优多少劣多少是人们经常讨论的问题 。 为简化讨论 , 使问题更加明确 , 本文先作如下 � ! # ∀ 所讨论的干扰种类仅 限于 “宽带有源杂波干扰” , 即在雷达所使用的信号带 宽内 , 其功率谱密度是均匀的 , 且它的总 带宽远大于雷达的信号带宽 。 ! ∃ ∀ 雷达的接收带宽与雷达的信号带宽是相同的 。 暂不考虑雷达 载频的变化 , 或 者说雷达的载频跳变范围小于 干扰带宽 。 ! % ∀ 衡量雷达抗这种干扰的指标用雷达的 “ 自卫距离 ” 这个参数 。 也就是指在 目标 自带干扰机的倩况下当雷达接收到的 目标反射信号与接收到的干扰功率相等时的目标离 雷达的距离 。 为了讨论的方便假定干扰机的参数是 � & , 干扰机总发射功率 ∋ ( 干扰机在对准雷达处的天线增益 ) ∗ 干扰机总干扰带宽 � 』 干扰机发射损耗系数 。 我们知道 , 对微波雷达可 以不考虑地面反射 , 它的自卫距离 , 对简单脉冲制可表示 为 � 。 。 & � ∋ , + ) , � ,− “ . 一 生 /男理犷架 里组0 江& ∗∋ 1) , � 丫 其中的雷达参数 分别 是 � & 2 雷达发射峰值功率 ∋ , 雷达天线增益 + 目标的雷达反射面积 ! # ∀ 3% #〔在4 雷达接收带宽 雷达损耗系教 55)� 简单脉冲制雷达有 � & � . & 2 , 2 三6 7 8 其中 � & 2 , 雷达发射平均功率 8 雷达工作 重复周期 雷 达发射 脉冲宽度 由于我们已经假定雪达接收带宽等于信号占据的带宽 故 & � 二 & 2 , ) � 8 故) 8 , 二 # 则 � − 9 . 里 2 , ∋ , + ) 4 # , 18毯 兀 & ∗∋ ∗� 、 ! ∃ ∀ 对于脉冲压缩雷达 , 略加推导 自卫距离为 � − 9 . 一拾皆韶 其 中 : 是压缩比 , : 二 ) � 根 据规定 ! ∃ ∀ ) 丫 . ) 则: 二 ) 丫,6 ! ∀ 而 & 2 . & � , 一见一 . & 则 − 9 . & 。 , ∋ , + ) 1� 0 兀 & , ∋ ∗� 二8 ; 一会. & 一8 “丫; “ 8 ! 0 ∀ 对于脉冲多 卜勒窗达 , 根据参考文献给出的作用距离 方程 一 略加推导 , 自卫 距 离 为 � − ∃ & , ∋ , + ) 1� 0 兀 & (∋ 1 < 2 ∃省 ; < 其中 � ) 。 , 多 卜勒滤波器带宽 < 2 . 下 2 = , , < � . 8 � = , , < 二 8 = 丫 , 目标回波信号在距离波门中的宽度 距离波门宽度 信号宽度 , 即发射脉冲宽度 = , 脉冲重复频率 我们假定 � 距离波门的宽度选在和发射信号宽度 !即 目标 回波宽 度 ∀ 相 等 , 即 � � 二 8 。 则此时 � � 2 二 2 二 二 6 , � 2 二 ‘2 二 。2 > 8 , 且在区间 〔? 2 阮 , 丫〕中均匀分布 , 故平 均 下 1 二 ≅ 。 Α 4 ,6 则 − � 二 Β二旦。Χ 、妙 ,生0 兀& (∋ , ) , ,计 ‘ 。· Α 4 “‘ = Δ 再者 , ) 2 , . = , ; 幻 Ε 为多 卜勒分路的路数 。 !按邻接排列滤波器个数为 Ε .. = , ; ) 2 , ∀ 一 Φ久 � 丫 二 一 石一 ,≅ 这里)是发射信号频带宽度 , 它应 该等于距离门之前 2沟接收带宽) , 。 则平均灼 自卫 距离为 � & � ∋ 、 + ) 0 兀& ∗∋ (若 一 义 ? 2 Α 4 ∃ · Ε 4 ∀与 2Γ�Η一一艺一− 如按平均功率来说 � ”一 ” Ι令 , # 8 & � . & 2 , ) , 8 − & 2 , ∋ 、+ ) 1� , 0 兀& 4 ∋ 1� , ϑ ≅ 2 Α 4 ∃ Ε 8 ! Κ ∀ 从以上推 出来约各式 , 我们就可以对这三种 体制的抗宽带有源杂波干扰沟性能进行 定量的比较 , 并得出下列结论 � 一 、 按雷达峰值功率相等 , 从 ! Φ ∀ ! % ∀ ! 4 ∀ 式 � 简单 ∗永冲制最差 , 而脉冲压 缩制的自卫距离可以提高了了 倍 , 脉冲多 卜勒体制也可以 比简单脉冲制提高自卫距离 。2 Α 4了万一倍 。 就后两种体制进行比较应该 说脉压可以做得更好些 , 因为脉压的压缩比 :可以 比较容易地做到# ?? 以上 , 而脉冲多 卜勒的速度分路Ε 要做到 # ?? 以上其设备 量 就 是很难容忍的 了 。 二 、 按雷达平均功率相等 , 从 ! ∃ ∀ ! 0 ∀ ! Κ ∀ 式 � 简单脉冲制和脉冲压缩制是 完全一样的 , 而脉冲多 卜勒体制 , 其 自卫距离比前两种体ΛΦ( 可以提 高。2 Α 4了, 一倍 。 前两条结论可 以这样来理解 � 对前两种体制 , 如果要求其分辨力相同 , 即信号带宽 相同 , 若限制其峰值功率 夕 则简单脉冲制的 信号发射功率就要比 脉压小 : 倍 夕 其自卫 距 离当然要小了了倍 。 但如果不 限峰值功率 , 则简单脉冲的峰‘一功率 一可以提高”倍 , 使 其平均功率相等 , 它们的自卫距离也就相等了 。 反之如果对分辨力不加限制 , 则两种体 制 ·发射相同的脉宽和相同的’时宽的宽脉冲也可以得到相同的自卫距离 , 但分辨力就要差 :倍了 。 对于脉冲多 卜勒体制 , 由于用窄带滤波选取信号谱线 , 对离散谱线间的干扰 可 以滤除一大部分 , 所以可以更有效地利用信号能量 。 ! 下转第 页 ∀ 显然 , 各相移器攀能承受发射功率的四分之一 , 其动态时间也 希望尽可能短 , 因为 它会影响最小跟踪迩禽。 由子相移小 , 所以对相移器 的损耗 、 热状态和驱动功率 都有好 池 这些都有利予键高侨承受的功率 。 要注意把四个移相器和它的 驱动 电路做得一致 。 这一点不仅在常温时妻保证 。 而且在温度发生变化和长时间使用过程中也要保证 。 否则 就会 引起 电轴变化。 这在设计相控馈源时要特别加 以注意的 。 为了保证 四口 的 驱 动 一 致 , 可采用进行了仔细的温度补偿的恒流电路驱动 , 为了减少温度不一致的影 响 , 可将 相移片与波导壁贴合 !因为根移豪小 , 可以这样做 ∀ , 使波导起到温度均衡作用 。 另外 在相移片的材料2制备和加工成形过程中要注意工艺一致性 , 制成的相移片也应经过一定 的老化和时效处理 , 以避免长时间使用 过程中发生 明显变化 。 总的来说 , 这种体制比单脉冲和隐蔽锥扫都要简单 , 而且取消了 园锥扫描所需要的 机械快逮扫描 , 它在压制 目标振幅噪声方面可望接近单脉冲雷达 , 而且 一也能隐蔽波束摆 动频率 。 因此我们觉得对于精度适中的近距离跟踪雷达 , 它是 一种可供 选择的简单可行 的体制 。 参 考 文 献 # 2 Μ 2 Ν 2 1 Ο Π ΦΕ /Ο � “ − + < + 6 Θ + 口 < Ρ Π Π Ο ” 中译本 ! 谢卓译 张 直中等校 ∀ ! 一 %∃ 页 ∀ ∃ 2 Θ 2 Μ 2 (+ 也 Σ 1 一Τ 2 ) 2 Τ /Σ Υ Π Φ1 , − 2 > 2 & Υ / Φ/ς 1 � “ 8 Υ Σ Π 6 Η Π Ω > Σ 6 Γ Π Ξ Σ Σ Υ + Ε / 1 Ξ 1 ” ς ς 2 ∃ 0 Β 、了、产、、Β 卜Β Β Β Β 、一一 、Β一Β Β 、 、、、Β Β 、 Β ∀ 入 、 Ψ一、、一一Β 、 Β 、Β 、、Β 、、 、一!上接第 % 页 ∀三 、 推广看一下 �! # ∀ 、 外置干扰机。 若干扰机不随 目标而运动 , 假定干扰机是 固定的 , 则很容易导出 � 若简单脉冲制的 自卫距离为 − 。 。 对峰值功率相等而言 “ Δ一 粼了 · “ 。 “二叮 了而粼飞一 “ · 对平均功率相等而言 � − , 2 。 二 − 2 “ ,一 了Υ+ 粼丁 “ 。 它们之间的差别将比自带干扰机要小 。 ! ∃ ∀ 对于抗回答式干扰 , 不是本文分析的范围 , 但其结论是显而易见的 。 应该说 脉冲压缩制最好 , 因为这种信号最难于侦察与模拟 , 如果干扰的规律与信号不符 , 则效 果要差 : 倍 。 注 � 本文所采用的符号大都来源于 “Μ 2 工2 > Ο ΠΦ Ε/ Ο � − +< +6 Θ +Ε < ΡΠ ΠΟ ” 2 其公式也都 由该 书中的公式推导 、 演 变而来 。