基于目標(biāo)距離像模板匹配的單脈沖雷達(dá)相干干擾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)電子對(duì)抗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及針對(duì)復(fù)雜擴(kuò)展目標(biāo)的一種基于目標(biāo) 距離像模板匹配的單脈沖雷達(dá)相干干擾方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 單脈沖雷達(dá)測(cè)角快、精度高，是對(duì)遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)或靜止目標(biāo)最為有效的探測(cè)手段，已 廣泛用于各類地面跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)。近年來，對(duì)單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的干擾技術(shù)研 宄不斷深入。
[0003] 目前，針對(duì)單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的相干干擾研宄主要集中于傳統(tǒng)的兩點(diǎn)源/多點(diǎn) 源相干角度欺騙干擾。相干兩點(diǎn)源干擾是在單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的照射波束內(nèi)，于目標(biāo)附 近設(shè)置干擾源，將目標(biāo)視為點(diǎn)目標(biāo)，基于質(zhì)點(diǎn)模型產(chǎn)生與真實(shí)目標(biāo)回波相位相干的干擾信 號(hào)，相干兩點(diǎn)源干擾原理如下。
[0004] 當(dāng)目標(biāo)和干擾源距離單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的距離一定，并且兩者位于單脈沖 雷達(dá)天線方向圖的小角度范圍內(nèi)，目標(biāo)回波信號(hào)為E1= A T1exp(j COt)，干擾信號(hào)為E2 = ΑΤ2Θχρ(Κ〇η+Δφ)。式中，Λφ為回波信號(hào)與干擾信號(hào)在雷達(dá)天線處信號(hào)的相位差。 4,、A2分別為回波信號(hào)與干擾信號(hào)的幅度。由相干干擾原理可得，天線瞄準(zhǔn)軸相對(duì)于目 標(biāo)和干擾源中心線的偏離角
，其中β是回波信號(hào)和干擾源的功率 比，△ Θ是目標(biāo)和干擾源相對(duì)于雷達(dá)視線的夾角。可以看出，由于干擾源的存在，雷達(dá)對(duì)目 標(biāo)的角度跟蹤發(fā)生了誤偏，且偏差角取決于回波信號(hào)和干擾的功率比β、夾角Δ Θ、以及 回波信號(hào)與干擾信號(hào)在雷達(dá)天線處信號(hào)的相位差Δ Φ。
[0005] 雖然，對(duì)較小尺寸的目標(biāo)而言，按照點(diǎn)目標(biāo)產(chǎn)生的相干干擾可以在雷達(dá)天線口面 形成信號(hào)相位波前畸變，導(dǎo)致比幅或比相單脈沖測(cè)角雷達(dá)產(chǎn)生錯(cuò)誤跟蹤，其干擾效果良好。 但是，在海面預(yù)警和大型復(fù)雜目標(biāo)的保護(hù)場(chǎng)景中，被掩護(hù)目標(biāo)主要為艦船這類擴(kuò)展目標(biāo)，當(dāng) 入射信號(hào)具備較大帶寬（不小于140MHz)，距離分辨率較高時(shí)，這類大尺寸目標(biāo)其回波相位 將受到目標(biāo)復(fù)雜散射特性的影響。此時(shí)，真實(shí)目標(biāo)回波到達(dá)天線口面時(shí)的信號(hào)相位很難與 基于質(zhì)點(diǎn)模型產(chǎn)生干擾信號(hào)保持穩(wěn)定關(guān)系，使回波信號(hào)與干擾信號(hào)在天線口面處的相位差 Δ Φ呈現(xiàn)隨機(jī)分布，即干擾信號(hào)與回波信號(hào)無法相干。因此，基于傳統(tǒng)質(zhì)點(diǎn)模型的相干干擾 方法無效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)復(fù)雜的擴(kuò)展目標(biāo)，本發(fā)明提供一種基于目標(biāo)距離像模板匹配的單脈沖跟蹤制 導(dǎo)雷達(dá)相干干擾方法。通過將雷達(dá)入射信號(hào)與被掩護(hù)目標(biāo)散射特性進(jìn)行匹配處理，保證干 擾信號(hào)中能夠準(zhǔn)確地體現(xiàn)被掩護(hù)目標(biāo)的多散射點(diǎn)特性，從而在接收天線口面處產(chǎn)生與擴(kuò)展 目標(biāo)回波具有穩(wěn)定相位關(guān)系的干擾信號(hào)。本發(fā)明可以應(yīng)用于艦船、飛機(jī)等多種平臺(tái)上的干 擾裝置中，針對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)提供自衛(wèi)電子干擾能力，使單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)造成良好的角度 欺騙干擾效果。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于目標(biāo)距離像模板匹配的單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)相干干擾方法，在典型機(jī)載 單脈沖跟蹤制導(dǎo)的工作頻段上，建立全姿態(tài)角目標(biāo)的頻域響應(yīng)，完成全姿態(tài)角擴(kuò)展目標(biāo)距 離像的建庫；當(dāng)艦載電子支援偵察系統(tǒng)ESM偵察到機(jī)載跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)時(shí)，對(duì)雷 達(dá)信號(hào)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量、特征提取和信號(hào)重構(gòu)；艦載干擾機(jī)將重構(gòu)信號(hào)與被掩護(hù)目標(biāo)散射特 性進(jìn)行匹配處理，并設(shè)置附加相移、時(shí)延參數(shù)，生成與目標(biāo)回波具有穩(wěn)定相位關(guān)系的干擾信 號(hào)，其具體步驟如下：
[0009] 步驟一：擴(kuò)展目標(biāo)的散射特性模板建庫
[0010] 實(shí)際中，擴(kuò)展目標(biāo)散射特性與目標(biāo)本身的結(jié)構(gòu)、雷達(dá)載頻、入射波束方位有關(guān)，理 論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明：在高頻區(qū)，目標(biāo)總的電磁散射可認(rèn)為是若干局部位置上的電磁散 射的合成，這些局部性的散射源通常被稱為等效多散射中心，即多散射中心，或散射點(diǎn)，在 給定工作頻率及姿態(tài)角情況下，利用目標(biāo)一維距離像來近似地描述目標(biāo)散射特性；
[0011] 通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CAD建立被掩護(hù)目標(biāo)的逼真的三維模型，在典型機(jī)載單 脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的工作頻段上，利用基于矩量法的三維全波電磁仿真軟件Feko計(jì)算多 種入射方位角、俯仰角、入射頻率條件下，該三維模型在140MHz寬帶信號(hào)照射下全姿態(tài)角 的頻域響應(yīng)；然后，通過傅里葉逆變換將被掩護(hù)目標(biāo)各姿態(tài)角的頻域響應(yīng)轉(zhuǎn)換為全姿態(tài)角 下的一維距離像，進(jìn)而建立該目標(biāo)在機(jī)載雷達(dá)典型頻段上的全姿態(tài)角一維距離像模板庫， 其存儲(chǔ)方式按照頻率點(diǎn)及姿態(tài)角尋址；
[0012] 步驟二：干擾機(jī)開機(jī)
[0013] 當(dāng)威脅飛機(jī)或無人機(jī)位于艦載雷達(dá)的威力范圍內(nèi)，即引導(dǎo)艦載雷達(dá)、艦載ESM系 統(tǒng)，以及友鄰合作雷達(dá)對(duì)飛機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)飛機(jī)航跡進(jìn)行快速跟蹤與預(yù)測(cè)，從而確 定干擾機(jī)開機(jī)時(shí)機(jī)；
[0014] 對(duì)欺騙干擾而言，施放干擾的時(shí)機(jī)應(yīng)選在機(jī)載雷達(dá)處于跟蹤狀態(tài)的時(shí)候，即雷達(dá) 跟蹤目標(biāo)后進(jìn)行干擾，雷達(dá)受干擾后由跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)為搜索狀態(tài)后停止干擾；若再跟蹤，則再 干擾，直至威脅消除為止。根據(jù)不同情況，當(dāng)滿足下列原則之一時(shí)，確定干擾機(jī)開機(jī)：
[0015] 1).距離原則，一般來說在目標(biāo)跟蹤雷達(dá)的探測(cè)范圍邊緣開始效果最好，但干擾時(shí) 間很短；從遠(yuǎn)距離搜索雷達(dá)的探測(cè)范圍邊緣開始干擾，時(shí)間充裕；
[0016] 2).功率原則，當(dāng)干擾機(jī)接收的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率超過其接收靈敏度時(shí)，施放干 擾，否則，干擾機(jī)保持靜默；
[0017] 3).具體要求，在對(duì)方雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)航行時(shí)；編隊(duì)分批、合批改變航向時(shí)；在航 路上發(fā)現(xiàn)對(duì)方目標(biāo)指示雷達(dá)而又不能回避時(shí)；在進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域活動(dòng)時(shí)，施放干擾；
[0018] 步驟三：機(jī)載雷達(dá)發(fā)射信號(hào)截獲與重構(gòu)
[0019] 當(dāng)艦載系統(tǒng)ESM偵察到機(jī)載單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)時(shí)，實(shí)時(shí)解算從干擾 機(jī)預(yù)定開機(jī)時(shí)刻起飛機(jī)、目標(biāo)和自衛(wèi)干擾機(jī)雙方位置關(guān)系，以便于進(jìn)行初始相位設(shè)置，并進(jìn) 行入射信號(hào)特征提取和重構(gòu)；
[0020] 艦載ESM系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)雷達(dá)入射信號(hào)每個(gè)脈沖的到達(dá)角（θ Αω)、載頻（fRF)、到達(dá) 時(shí)間（tTM)、脈沖寬度（Tpw)、脈沖幅度（Ap)等特征參數(shù)，并將其與已知雷達(dá)的先驗(yàn)參數(shù)和 先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行快速匹配，剔除無用信號(hào)，分選出有用信號(hào)，并判別威脅程度等級(jí)，將威脅等 級(jí)最高的信號(hào)作為待估計(jì)信號(hào)，估計(jì)出信號(hào)詳細(xì)的參數(shù)特征，完成雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的重構(gòu)；
[0021] 步驟四：基于卷積運(yùn)算的多散射點(diǎn)回波合成
[0022] 根據(jù)單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)參數(shù)，按照頻率點(diǎn)、姿態(tài)角信息對(duì)距離像模板庫尋 址，找到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離像模板。將重構(gòu)出的單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)與目標(biāo)距離像模板 進(jìn)行卷積運(yùn)算處理，生成基于卷積運(yùn)算的多散射點(diǎn)回波，運(yùn)算后的回波充分保留了目標(biāo)散 射特性對(duì)信號(hào)相位的調(diào)制信息；
[0023] 對(duì)機(jī)載單脈沖跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)來說，雷達(dá)波束對(duì)艦船目標(biāo)入射的俯仰角近似為常 數(shù)，目標(biāo)的姿態(tài)角就是方位角，根據(jù)步驟三獲得方位角信息和雷達(dá)所在頻率點(diǎn)信息，此時(shí)將 艦船目標(biāo)看成一個(gè)二維的散射模型；
[0024] 建立雷達(dá)視線坐標(biāo)系Ouv和目標(biāo)固有坐標(biāo)系Oxy，在雷達(dá)視線坐標(biāo)系中，若雷達(dá)信 號(hào)為歸一化相干脈沖信號(hào)，對(duì)于第η個(gè)脈沖，發(fā)射信號(hào)為：
[0025]
(1 )
[0026] 式中，Tp為脈沖寬度，T為脈沖重復(fù)周期，h為發(fā)射信號(hào)載頻，N為脈沖個(gè)數(shù)。
函數(shù)為矩形窗函數(shù)，可以表示為
[0027] 假設(shè)此時(shí)方位角為α n，目標(biāo)在雷達(dá)視線坐標(biāo)系中的橫向尺寸與縱向尺寸分別設(shè) 為2DjP2Ln;將式（1)代入雷達(dá)方程，根據(jù)目標(biāo)散射的特點(diǎn)，第η個(gè)脈沖相對(duì)于發(fā)