相控阵雷达信号侦察及快速识别

罗 应

（船舶重工集团公司723 所，扬州225001）

0 引 言

相控阵，顾名思义，即从阵列天线单元发射信号，控制其相位，改变天线单元发射信号的相位，天线波束方位即信号发射方位相应改变，相位变化越快，发射方位改变也越快。

发射方位捷变使相控阵雷达能同时完成搜索、多目标跟踪等多种任务，使相控阵雷达满足对付多目标的要求，因此，相控阵技术已成为未来雷达装备技术的发展趋势。

与其他体制雷达相比，相控阵雷达波束形成方法和控制方式不同，发射信号波形除了变化多样外并没有其他特殊变化，因此，相控阵技术可以视为雷达采用的一种空间抗干扰措施。

相控阵雷达越来越成为雷达对抗的主要目标，因此，对相控阵雷达信号侦收和识别将面临新的课题，必须花时间对其工作原理进行分析，找出与其他雷达信号的不同之处，研究高准确度的识别方法。

1 侦收、识别要求

为了正确侦收和识别相控阵雷达信号，雷达侦察设备需要具有以下能力：

（1）在脉冲稀疏条件下，能正确侦收、处理和跟踪相控阵雷达信号；

（2）能侦收低截获概率信号；

（3 ）能通过相控阵雷达扫描特征进行正确识别；

（4）能通过快速通道对相控阵雷达进行快速识别。

2 对稀疏脉冲的侦收和处理

由于相控阵雷达扫描波束灵活，使得相参积累具有多目标处理能力，从时间分割角度分析，当相控阵雷达对某批目标处于搜索或稳定跟踪阶段时，所分配的照射时间是很短的。因此，雷达侦察设备所侦收到的雷达脉冲数就必然减少，通常只有几个到十几个脉冲。

传统的雷达脉冲序列去交错、分选主要是用频率、方位直方图方式进行的。频率、方位直方图是一种积累的过程，即当某一单元的脉冲数超过处理门限时，就对该单元内的脉冲进行分析，统计出信号的方位和技术参数（载频、脉宽和脉幅等）。

由于相控阵雷达照射目标的时间较少，并且采用针状波束天线，位于某个方向上的雷达侦察设备所侦收到的脉冲数目通常很少，从而增加了侦察反应时间，因此，必须对传统的方法进行改进，提出对短脉冲序列进行快速侦收、分选、识别的方法。

2.1 视频采集法

这种方法主要是解决因侦收的相控阵雷达脉冲数少，难以获取脉冲之间相互关联性，而作为干扰脉冲丢弃。它是利用雷达信号视频特征，对每个脉冲包络进行采样，重点检查脉冲上升沿和下降沿之间是否存在一致性。当然，用这种方法实现时，需要适当降低处理门限，或进行自适应改变门限，使雷达侦察设备对相控阵雷达信号的侦收时间大大缩短。

2.2 脉内参数比较法

这种方法适合于相控阵雷达采用脉冲压缩信号时情况。由前端接收机测量出脉冲内部的细微特征，送至信号分选部分，由信号处理模块将脉内参数带进分选中，即对某一单元内的仅有的几个脉冲参数进行观察，除了载频、方位、脉宽、重频和脉幅等参数满足规定的容差以外，再进一步比较它们的脉内特征是否一致。

2.3 反馈处理法

这种方法主要用于解决当雷达侦察设备在处理脉冲密度很大时，会抑制处理短脉冲串所带来的问题。

该方法是将已经分选并识别出的脉冲信号和新出现的短脉冲串在进入预处理器之前进行区分，从而减少进入预处理器和主处理器的脉冲流量，增加对短脉冲序列的处理几率。

如图1 所示，识别结果分成2 路，一路送显示控制部分，另一路反馈给分路器，按照分路原则对雷达脉冲信号进行分路，对还没有进行识别的雷达脉冲信号送入预处理器进行信号处理，对已经识别出的雷达信号脉冲送入方位跟踪电路，也可以将已识别出的高威胁雷达信号的PDW参数送入方位跟踪电路，方位跟踪电路的主要任务是对高威胁信号的存在性进行验证，并对目标方位进行跟踪。

图1 信号反馈处理方框图

这种信号处理方法的优点是：

（1）能在高密度信号条件下进行信号处理；

（2）能克服高重频信号抑制短脉冲信号的处理，使得信号处理器能有时间对短脉冲信号进行处理，增加对短脉冲序列的处理时间。

3 相控阵雷达信号识别

3.1 相邻两次扫描间隔时间变化规律识别

相控阵雷达探测目标时，必须对目标进行照射，因此，雷达侦察设备会侦收到一串雷达脉冲。如果侦收到的脉冲串幅度受到雷达照射函数和雷达天线波束方向图的共同调制，就可以判断该雷达为常规机械扫描雷达；如果侦收到的脉冲串幅度基本保持不变，而且没有脉冲间断，就可以判断该雷达为常规跟踪雷达。

由于相控阵雷达具有同时处理多目标的能力，因此不可能始终处于搜索状态，也不可能让发射天线始终停留在某一方位上，而是采用边搜索边跟踪的工作方式，天线发射方位按一定跃度变化，尽管相控阵雷达始终在向外发射信号，但位于某一方向上的雷达侦察设备所侦收的雷达信号却是间断的，在一次照射过程中，脉冲串幅度基本保持不变。图2示出了侦收相控阵雷达信号和常规机械扫描雷达信号在幅度和脉冲频度之间的区别。

图2 相控阵雷达信号识别方法1

由于常规搜索雷达的天线转速是恒定的，因此雷达侦察设备每次照射所侦收到的一帧雷达脉冲数是相等的，而且帧与帧之间的时间间隔保持不变。

常规跟踪雷达（如炮瞄雷达）只跟踪一批目标，在工作时，始终保持对该批目标的照射，因此雷达侦察设备所侦收的雷达脉冲是连续的，而且脉冲串幅度基本保持不变。

而相控阵雷达在工作过程中，其工作方式、扫描样式、对目标处理所处的状态、搜索时间和跟踪时间会随时改变，因此雷达侦察设备所侦收的雷达脉冲串之间的间隔时间不是一直不变的，这也是相控阵雷达与常规雷达的不同之处。

从上面的分析可知：这种方法的判据有2 项：

（1）脉冲串幅度规律；

（2）脉冲串之间的时间间隔规律。

3.2 数据率变化识别

相控阵雷达对目标的过程控制是分阶段的，不同阶段甚至同一阶段内的不同目标选用的数据率不同。

在搜索阶段，重点搜索空域分配的数据率要高于一般搜索区，近区搜索空域分配的数据率要高于远区搜索区，对目标进行确认、过渡或需要对某一批目标建立稳定跟踪时，选用的数据率也是比较高的，对已经稳定跟踪的目标所选用的数据率可以适当降低。

对雷达侦察设备而言，可以将一段时间内所侦收到的脉冲串之间的间隔以及脉冲数等信息进行记忆，定时分析信息随时间的变化规律，从中识别相控阵雷达并确认相控阵雷达对雷达侦察设备所载平台所处的探测状态。图3 示出了相控阵雷达在各个不同的工作模式下所选用的数据率的情况。

图3 相控阵雷达信号识别方法2

3.3 侦收脉冲数变化识别

相控阵雷达也可以采用增加照射时间的办法来提高数据率，因此，采用记忆方式，通过前后侦收脉冲数变化也是识别相控阵雷达信号的方法之一。

图4 示为相控阵雷达采用这种方法增加照射时间时的情况。该方法的判据是：一次照射时间内的脉冲数。

图4 相控阵雷达信号识别方法3

以上介绍了根据相控阵雷达的扫描规律研究出的3 种相控阵雷达识别方法。在具体实现时，可以采用模式识别的方法，即将识别方法按照判据内容编写、调试出各类识别模块，与信号处理程序一并运行，当经分选好以后的脉冲串满足识别模块所反应的特征时，立即处理该脉冲串，快速输出识别结果。

3.4 相控阵雷达信号的快速识别

近几年来，雷达侦察设备对雷达目标的识别主要是采用数据库识别法，即根据作战需求，预先装订雷达识别数据库，当雷达侦察设备侦收到某批雷达信号脉冲后，立即进行处理，将雷达技术参数送至识别模块，由识别模块将所侦收到的雷达技术参数与数据库中内容进行比较，找出参数最逼近的一项，输出可信度、目标属性等信息，完成识别功能。由此可以看出，这样的识别方法比较慢，因为：

（1）相控阵雷达信号需要经过天线、前端微波放大、接收、处理，最后才能进入识别模块，整个处理时间比较长；

（2）在处理相控阵雷达信号时，由于每次照射雷达侦察设备只能侦收到几个脉冲，而雷达侦察设备的信号处理部分是采用统计方法处理信号的，脉冲数目必须达到一定值，统计处理结果才能达到精度要求。因此，脉冲数需要一定的时间积累。

前面所提及到的3 种识别方法是针对相控阵雷达的扫描特性提出的，它也采用软件模块的方法实现，识别过程与信号处理一并进行，能节省数据库运行、处理时间和脉冲数积累时间，因此，这些方法要比数据库识别速度快一些。

从雷达技术的发展趋势分析，尤其是在军事上相控阵雷达具有广阔的应用前景，所以，雷达侦察设备周围的电磁环境中，相控阵雷达信号密度将会增加，相控阵雷达愈趋威胁，如何快速准确地识别相控阵雷达信号是电子对抗系统必须研究的课题。

图5 示出了数据库识别、扫描特征识别和硬件识别这3 种方法在整个雷达侦察处理过程中的的处理端口位置。

采用硬件识别的办法能大大提高相控阵雷达的识别速度。

图5 各种识别方法的处理端口位置

在预处理前端设置关联比较器，根据送给处理模块的脉冲数据流的信息，预先装订需要识别的相关相控阵雷达的技术参数。在雷达侦察设备工作时，每个侦收脉冲参数均经过关联比较器进行参数比较。若参数相关，则将该侦收参数直接送至相控阵专用通道处理模块进行处理，并将处理结果直接输出至显示控制模块；若参数不相关，则将该侦收参数送至预处理模块和主处理模块进行处理，然后通过数据库识别模块对侦收雷达参数进行识别。

从以上分析可以看出：相控阵雷达信号硬件识别是基于脉冲级上的一种识别方法。图6 示出了快速识别4 部相控阵雷达信号的原理框图。

图6 快速识别4 部相控阵雷达信号原理框图

从图6 中可以看出，实现相控阵雷达快速识别的硬件由两部分组成：第一部分为关联比较器；第二部分为相控阵专用通道处理模块。

（1）关联比较器。关联比较器是一个二输入二输出的可编程器件。第1 项输入内容为要快速识别的相控阵雷达的具体技术参数和方位参数，尤其是能反应相控阵雷达的具体特征参数，具体的技术参数项目有载频中心频率、载频变化范围、脉冲宽度、脉冲上升沿参数、脉冲下降沿参数、脉内调制参数、信号极化类型、各参数的容差范围、目标方位等。

第2 项输入内容为雷达侦察机测量出的脉冲数据流，关联比较器中的每个比较项都要求雷达侦察设备能够准确测量，为关联比较器提供准确的比较数据；否则，关联比较器输出结果的可信度将大大降低。

（2）相控阵专用通道处理模块。相控阵专用通道处理模块是专门为相控阵雷达信号进行处理而设置的专用通道。它由相同的4 路处理电路组成，每路均按图7 所示的信息处理流程工作。在设计该模块时，必须考虑到相控阵雷达信号的具体特点。

图7 相控阵专用通道处理模块的信息处理流程

相控阵专用通道处理模块与常规的信号处理方法的主要区别是：

（1）处理门限不同

处理门限即进行处理所需要达到的脉冲数。常规处理通道要求处理门限比较高，由于雷达信号一些参数是采用统计处理的方法获得的，因此，需要一定的脉冲数量才能保证输出参数的可信性。相控阵雷达每次照射时，雷达侦察设备收到的脉冲数量较少，所以，处理门限不可能设置得很高，当1 次或2次照射后，关联比较器输出。结果为匹配时，即可立即启动处理模块对该批脉冲进行处理。由于雷达脉冲数较少，加上通道内有可能会出现干扰脉冲，信号处理质量有所下降，通过提高数据测量精度、增加参数比较项目能弥补这方面的不足。

（2）处理流程有所不同

常规处理通道是通过预处理和主处理模块进行的，这是针对脉冲数较多时的一种处理过程。预处理的功能是将脉冲进行归类；主处理的功能是将归类后的脉冲串进行处理，形成描述某批雷达信号的参数报文，输出至数据库识别模块，对目标进行识别。而相控阵专用通道处理模块是在关联比较器之后处理信号的，它的输入脉冲已经由关联比较器进行了滤波。如果没有干扰信号，那么，关联比较器中的脉冲即可被认为是同一部相控阵雷达信号，因此，相控阵专用通道处理模块无需对脉冲进行预处理，直接采用简单的信号处理即可。

（3）抗干扰要求不同

常规处理通道由于脉冲较多，在脉冲流数据中存在干扰时，能通过脉冲之间的相互关系进行消除，对部分脉冲丢失也可以补救。而相控阵专用通道处理模块由于处理的脉冲数较少，抗干扰要求将大大提高。一个脉冲干扰就可能使测量数据质量严重下降，一个脉冲数据丢失，就可能使部分参数无法测量。因此，必须加强抗干扰措施，使关联比较器和相控阵专用通道处理模块正常工作。

4 结束语

由于各国相控阵雷达相继投入使用，对其进行侦察和识别也越来越迫切。本文提出了对相控阵雷达的3 种信号侦收方法，并介绍了快速识别相控阵雷达信号流程。随着电子侦察技术水平的不断提高，将会推出新的相控阵雷达信号侦察和识别方法。

［1］Merrill I.Skolnik.雷达手册［M］.王军，林强译.北京：电子工业出版社，1991.

［2］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.