雷达天线旁瓣对消技术学位论文.docx

1、雷达天线旁瓣对消技术学位论文摘 要雷达天线旁瓣对消技术是雷达系统采取的抗有源干扰的主要技术措施之一。现代战争中，雷达所处的空间环境十分复杂，存在着各种有源杂波干扰和无源杂波干扰。研究雷达动目标显示和动目标检测、雷达信号的恒虚警率检测，主要针对的是无源杂波的干扰抑制问题。这类干扰是杂波源（如地物、山河、 云雨、金属箔条等）受到发射脉冲时产生的干扰回波信号，主要是从雷达天线主瓣进入接收机而形成的。但是有源杂波干扰是干扰源（自携式或干扰支援机携带式等）自主产生的各种干扰信号，这些干扰信号既能从雷达天线波束主瓣，也能从天线波束副瓣进入接收机。有源干扰信号强度大，种类多，有压制式的噪声干扰，也有调幅、调

2、相、调频等调制干扰，还有的干扰信号参数和波形与雷达系统的工作参数和信号波形相近。抑制有源干扰的技术和措施多种多样。从空间滤波的概念可以设计低旁瓣、超低旁瓣天线；从信号和信号处理方面考虑，设计理想的抗干扰雷达信号，可以采用天线旁瓣对消技术等；如果从频域方面入手，采用频率分集、频率捷变、自适应频率捷变技术等；在极化方式上采用极化分集、极化捷变、自适应极化捷变技术等；在电路设计上采用自动增益控制、瞬时自动增益控制、近程增益控制、宽-限-窄电路等技术；在体制上运用多种抗干扰技术相结合、多制式雷达组网、双/多基地雷达、陆/空基地雷达等综合抗干扰技术措施。这些措施抑制无源杂波干扰也是有效果的。从雷达信号处

3、理的观点，本次毕业设计重点讨论雷达天线旁瓣对消技术。实现旁瓣对消可以采用多种方法技术，其中应用效果比较好的是自适应天线旁瓣对消技术。关键词：雷达信号处理、雷达抗干扰技术、旁瓣对消(SLC)ABSTRACT The antenna sidelobe radar is one of the main technical measures of anti interference cancellation technology to radar system. Because of the modern war, the radar work space environment is very co

4、mplicated, there are a variety of active clutter jamming and passive clutter. We study the moving target indication radar and moving target detection, radar CFAR detection, mainly for the passive clutter suppression. This type of interference is clutter sources (such as terrain, mountains and rivers

5、, clouds and rain, chaff and other) by transmitting pulse generated interference with the echo signal, is mainly from the radar antenna main lobe into the receiver and the formation of. However, the active complex wave interference is interference source (self-contained or jamming support machine po

6、rtable etc.) independent of all kinds of interference signal, the interference signal can not only from the radar antenna beam main lobe, but also from the antenna sidelobes into the receiver. Active jamming signal strength, variety, there is suppression of noise, amplitude modulation, phase modulat

7、ion, frequency modulation jamming, and the interfering signal parameters and waveform and radar system parameters and signal waveform are similar. A variety of techniques and measures to restrain active interference diversity. Can the design of low sidelobe, ultra low sidelobe antenna from the conce

8、pt of spatial filtering; the signal and signal processing, radar signal design ideal, can use the antenna sidelobe cancellation technology; if starting from the frequency domain, frequency diversity, frequency agile, adaptive frequency hopping technology using polarization diversity; and the polariz

9、ation agility, adaptive polarization agility technology in polarization mode; automatic gain control, instantaneous automatic gain control, AGC, short-range Dicke fix circuit used in the circuit design in the system; the use of a variety of comprehensive anti-jamming technology measures of anti-jamm

10、ing technology combined, multi-mode radar network, bistatic radar, radar and other land / air base. These measures also have the effect of suppressing the passive clutter. From the point of view of radar signal processing, this graduation project focuses on the side lobe cancellation technology of r

11、adar antenna. A variety of methods can be used to realize sidelobe cancellation, and the application effect is better. Keywords: radar signal processing radar anti-jamming technology side lobe cancellation(SLC) 目 录摘要 IAbstract II第一章 绪论 11.1 课题研究背景及意义 11.1.1 研究背景介绍 11.1.2 研究目的及意义 21.2 国内外研究现状 31.2.1

12、现状及趋势 31.2.2 现有理论的贡献和不足 41.3 论文的主要内容和安排 4第二章 雷达干扰技术 62.1 雷达干扰概述 62.2 雷达有源干扰技术 52.2.1 遮盖性干扰 52.2.2 欺骗性干扰 5 2.3 雷达无源干扰技术 62.3.1 无源干扰基本原理 52.3.2 无源干扰应用 5 2.4 本章小结 5第三章 雷达抗干扰技术 63.1 雷达抗干扰概述 73.2 低副瓣、超低副瓣天线技术 8 3.3 旁瓣对消(SLC) 10 3.4 旁瓣消隐（SLB） 10 3.5 频率捷变技术 10 3.6 基于谱分析的箔条干扰识别方法 10 3.7 本章小结 10第四章 雷达抗干扰旁瓣相消

13、(SLC)基本理论和仿真 10 4.1 SLC的工作原理 10 4.2 SLC的主要类型 10 4.3 SLC的自适应权值计算方法 10 4.4 SLC的性能评估指标 10 4.5 SLC的举例仿真分析 15 4.6 影响SLC性能的因素 16 4.7 SLC技术的改进 17 4.8 本章小结 18第五章 总结与展望 35 5.1 本文总结 45 5.2 进一步的工作 46致谢 56参考文献 57第一章 绪论随着现代军事战争的发展，世界格局的变化，各国越来越注重军事实力的发展，各种武器愈来愈依赖于无线电子技术，电子对抗的重要性也就呼之欲出，越来越凸显，电子对抗主要依赖于雷达，因此迫使雷达必须具

14、备各种干扰和抗干扰的能力。本章节重点介绍雷达抗干扰技术的研究背景、发展现状以及研究的目的和意义，最后简单叙述一下本次论文的内容和任务。1.1 课题研究背景及意义 自从雷达问世以来，雷达干扰和抗干扰技术之间一直进行着激烈的竞争，二者作为一对基本矛盾，一直是相辅相成，相伴而生，相互制约也相互促进。简单的说，雷达的干扰促进了雷达抗干扰理论和技术的发展，而雷达抗干扰技术的发展又反过来进一步促进了雷达干扰向更高级的方向发展。雷达干扰与抗干扰之间，没有绝对的优劣势，可以说：“没有干扰不了的雷达，也没有抗不了的干扰”。 1.1.1 研究背景介绍 由于军事电子信息技术和装备在现代战争中的地位和作用不断提高，雷

15、达干扰与抗干扰之间的斗争正日趋激烈和复杂。因此可以说，抗干扰能力是现在雷达正常工作的首要条件，也是基本条件。雷达抗干扰主要是指滤出从天线旁瓣进入的信号而最大限度的保留主瓣信号。当干扰功率比较强时，从天线旁瓣进入的干扰信号会淹没主天线的目标信号，从而影响雷达系统的性能。消除这一严重影响的直接办法是设计超低旁瓣天线，但由于技术及成本问题，现在还很难将旁瓣做的很低。另一种方法就是通过信号处理的方法来处理回波信息，消除旁瓣干扰信号从而达到滤除干扰信息的目的，使雷达系统能正常工作。随着自适应技术、电子无线技术和各种数字信号处理技术的快速发展，雷达旁瓣相消技术成为现代雷达消除旁瓣干扰的最有效、最实惠的方法

16、。 无论战前或战时，现在军用雷达工作的环境中会出现各种有源和无源干扰(一方面需要对抗超低空袭击，环境复杂;另一方面敌方会主动施放有源和无源干扰)。对方通过电子侦察测定雷达辐射的有关参数，从而战时有针对性地对雷达实施电子干扰或用反辐射导弹等加以摧毁，防止或减少雷达取得己方目标的有用信息（即雷达对抗）。军用雷达则应具备电子防护手段，以保证战时能有效地获取目标信息（发现目标与测定目标参数，即雷达侦查）。抗干扰就是电子防护的重要内容。因此需要有相应的抗干扰措施减弱或消除这些有源和无源干扰的影响，以发挥雷达应有的功能。提高雷达的抗干扰性能是雷达设计者所面临的主要任务，也是严峻的挑战。现代雷达如果不具备抗

17、干扰能力是很难在现代战争中生存的，而且还会成为敌方利用和摧毁的目标。因此，研究雷达的抗干扰技术是现在电子战争的一个重要任务，打个比方说，雷达抗干扰就好比一个人的免疫系统，它的重要性就不言而喻了。 1.1.2 研究目的及意义通过第二次世界大战之后，特别是近几十年，各国越来越意识到雷达抗干扰技术的重要性，因此促使了雷达抗干扰技术的飞速发展。现代战争中，雷达是监测敌方行动的主要武器装备，称之为“眼睛”，因而也是敌方干扰和打击的重点目标，如果“眼睛”一旦被干扰或摧毁，这次战争就意味着结束。随着各种高新技术的不断涌现和发展，电子对抗愈演愈烈，雷达所处的电磁环境也变得越来越复杂。从敌方来讲，削弱雷达的性能

18、使其部分或完全丧失战斗力是电子对抗中干扰的基本目的。对于雷达来说，必须有相应的反对抗措施以应对各类干扰技术。雷达电磁环境中的干扰，一是自然界固有的各类干扰，如超低空目标发现时的苛刻自然环境（即无源干扰）;一是敌方释放的干扰信息(即有源干扰)。真正威胁到雷达生存的是敌方电子干扰机发射的有源干扰。由于雷达接收天线的旁瓣宽度远大于主瓣宽度，所以干扰主要是从旁瓣进入。尽管目前天线的旁瓣电平已经做得非常低了，但由于干噪比(INR)往往比信噪比(SNR)高很多，从天线旁瓣进入的有源干扰的功率远大于从主瓣进入的有用回波信号的功率，使信号检测的性能下降。针对这一问题，最直接的方法是降低旁瓣电平，采用超低或极低

19、旁瓣天线，但在工程上对天线设计来讲是很难达到的。因此最有效最经济的应对方法是采用旁瓣对消(SLC)技术，使雷达天线的接受波束图自适应地在有源干扰入射方向形成很深的零点，达到抑制有源干扰的目的。1.2 国内外研究现状1.2.1 现状及趋势 雷达旁瓣相消技术的发展过程可以简略用框图概括如下，如图1.2.1所示。从图1.2.1可以看出，到20世纪80年代，雷达旁瓣相消技术的雏形已经基本形成，此后，国内外的研究都是在此基础上的进一步完善和对算法进行优化。目前，国外抗干扰技术的研究方向主要在时域、频域、空域、极化域以及多域联合等。新的抗干扰技术不断出现，如基于时空自适应信号处理的各种改进算法，基于波形设

20、计的多载波相位编码信号形式等技术。诸如分数低阶统计、时间序列分析、系统辨识等理论也正在应用于抗干扰技术的研究。另外采用高脉冲重复频率、低副瓣天线和先进的数字处理技术，提高雷达的抗干扰能力；开发新型机载相控阵天线技术，开发双波段技术和数字波束形成技术等，使雷达的生存能力和抗干扰性能大大提高。1942年，Wiener建立 维纳滤波理论1959年，Widrow、Hopr 提出LMS算法1960年，Kalman提出 卡尔曼算法各种改进LMS算法闭环.1979年，Read、Breman 提出DMI算法开环1982年，Marcon研究中心研制 了一种单天线辅助天线数字 开环自适应天线旁瓣相消器1983年，

21、Marcon研究中心研制 了一种多天线辅助天线数字 开环自适应天线旁瓣相消器 图1.2.1 雷达旁瓣相消技术的发展过程目前国内研究的雷达抗干扰技术主要是针对雷达干扰而直接采取一系列的措施。可以看出，目前国内雷达抗干扰技术水平整体滞后于国际水平。综上可以看出，目前国内外研究的雷达抗干扰技术落后于雷达干扰技术的发展，雷达抗干扰方法的性能已经受到严重挑战。总之，伴随着雷达干扰技术的发展，雷达抗干扰技术特别是旁瓣对消技术需要进一步的发展和完善。1.2.2 现有理论的贡献和不足对于雷达抗干扰技术的研究，特别是对雷达旁瓣对消技术，现有的技术与理论主要基于维纳滤波理论，有开环/闭环SLC方案、带有GS处理器

22、的开环对消、利用权计算的对消算法和具有卡尔曼预测器的SLC方案，LMS算法、DMS算法等。但由于现代雷达所处的工作环境复杂多样，而对雷达抗干扰的研究主要集中在针对雷达干扰而采取相应的一系列的抗干扰措施。虽然矩阵求逆、开环/闭环算法都有一定的基础和发展，但面对复杂多变的工作环境，现有的理论还存在许多的不足。1.3 论文的主要内容和安排本文的题目是雷达抗干扰技术仿真分析，因此主要论述的是雷达抗干扰技术。根据雷达干扰的不同特点，简要介绍雷达干扰技术，然后针对干扰，重点讨论雷达抗干扰技术。雷达抗干扰技术中重点介绍雷达旁瓣对消技术，最后对旁瓣相消进行理论分析并对其相消性能进行了仿真分析。本文的主要工作和

23、各章内容安排如下:第1章:绪论。介绍本文研究课题的背景，阐明本文研究的目的和意义，以及国内外研究发展现状，现有理论的贡献和不足，最后阐述了本文的内容安排。 第二章:雷达干扰技术。简要介绍雷达干扰的概念以及雷达有源干扰和无源干扰技术，雷达有源干扰介绍了射频噪声干扰、噪声调幅干扰和噪声调频干扰等，雷达无源干扰介绍箔条干扰等，这部分主要介绍的是干扰的原理和产生干扰的条件。 第三章:雷达抗干扰技术。本章主要是针对第二章中的雷达干扰技术，介绍与之相应的雷达抗干扰技术，最后列表总结现有的雷达抗干扰技术。 第四章:雷达抗干扰旁瓣相消(SLC)基本理论。本章重点介绍雷达旁瓣相消技术的基本理论，概念、旁瓣相消的

24、开环/闭环算法，以及旁瓣对消的性能评估指标和分析，然后对其进行了仿真分析。最后讨论了影响相消性能的一些因素，包括相关性、通道的噪声、干扰的功率，以及辅助天线的数目和通道不一致等，并进行了仿真分析。第五章：总结与展望。本章对全文进行了总结和进一步展望，简要总结了本次毕业设计中所有遇到的问题和进一步需要研究的工作。最后致谢与参考文献。第二章 雷达干扰技术2.1 雷达干扰概述广义的讲，雷达干扰是指一切破坏或扰乱雷达及相关设备正常工作的战术和技术措施的统称。雷达干扰的基本任务是通过散射或辐射电磁波，破坏或扰乱敌方雷达的正常工作，使其不能正确获取我方真实目标信息。雷达干扰的目的是保护目标不受敌方雷达的检

25、测、跟踪和威胁，所以雷达干扰的战术应用和干扰效果与雷达、目标都具有非常紧密的联系。雷达干扰的基本原理可以简单概括如下：1）破坏雷达探测目标的电磁波传播空间特性；2）产生干扰信号进入雷达接收机，破坏其检测目标和测量目标信息；3）减小目标的雷达截获面积。干扰严重影响雷达的正常工作，主要体现在以下几点： 1）使雷达接收机饱和，妨碍雷达正常工作； 2）极大的降低雷达的威胁范围； 3）检测到大量假目标，使雷达航迹数据处理计算机过载。雷达干扰的分类方法如下图2.1所示。本章主要从按照干扰能量的来源分类对雷达干扰进行介绍，即从雷达有源干扰、无源干扰方面介绍。 遮盖性干扰：噪声调幅干扰、噪声调相干扰、复合调制

26、 干扰等 有源干扰 欺骗性干扰：距离欺骗干扰、角度欺骗干扰、速度欺骗干扰等 有意干扰 遮盖性干扰：箔条走廊干扰、目标隐身等 无源干扰 雷达干扰 欺骗性干扰：各类反射器干扰、反雷达伪装等 有源干扰 自然的干扰：雷电干扰、宇宙射电干扰等 人为的干扰：工业电磁干扰、友邻雷达干扰等 无意干扰 自然的干扰：地/海/云雨杂波、鸟群干扰等 无源干扰 人为的干扰：建筑群散射干扰、近区物体散射干扰等 图2.1 雷达干扰的分类2.2 雷达有源干扰技术雷达有源干扰是指干扰能量来自于其它电磁辐射源的发射，比如有源干扰机等。人为的有源干扰是利用专门的发射机，有意识地发射或转发某种电磁波，以扰乱或欺骗敌方电子设备的一种干

27、扰。从上图2.1可以看出，雷达的人为有源干扰分为遮盖性干扰和欺骗性干扰。2.2.1 遮盖性干扰遮盖性干扰也称为压制性干扰或压制干扰，其作用是破坏或阻碍雷达发现目标和测量目标的相关参数，主要是利用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或压制目标回波信号，阻止雷达检测目标的相关信息，从而达到干扰的目的。它的基本原理是：任何一部雷达都有外部噪声和内部噪声，雷达对目标的检测是在噪声背景中以一定的概率准则进行的。一般来说，如果目标信号功率S与噪声功率N相比（信噪比S/N），超过检测门限D，则可保证在一定虚警概率Pfa的条件下达到一定的检测概率Pd，认为可发现目标，否则便认为不可发现目标。遮盖性干扰就是使强功率干扰

28、进入雷达接收机，尽可能降低信噪比，造成雷达对目标检测的困难增大。噪声干扰机发射一种类似噪声的信号，是敌方雷达接收机的信噪比大大降低，难以检测出有用信号或产生误差。若干扰功率过大，接收机会出现饱和，有用信号完全被干扰淹没，实现电磁压制作用。噪声干扰的信号频谱较窄时，可以形成窄带瞄准式干扰；当噪声干扰的频谱较宽时又会形成宽带阻塞式干扰，可以用来干扰频率捷变雷达或同一频带内的多部雷达。噪声干扰从信号形式上分为单频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调相干扰、噪声调频干扰等。后续第四章节中主要是从噪声干扰信号的形式上，进行旁瓣对消算法处理，最后进行对消仿真。2.2.2 欺骗性干扰 欺骗性干扰参考文献1 2 345678910111112