延时叠加密集假目标干扰的设置方法

廖明飞，王 瑜

（中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471000）

0 引言

假目标干扰是欺骗干扰的重要方式，除产生欺骗干扰效果外，足够密集的假目标还能经雷达的恒虚警（CFAR）处理对雷达形成压制干扰效果［1-2］。由于假目标信号与雷达信号具有一定的相参性，能够获得雷达的处理增益，因而在达成同样的压制效果时，相参的假目标干扰较非相参的噪声压制干扰所需的干扰功率要小得多。同时密集假目标形成的压制干扰一般在雷达显示屏上不显示假目标，也不显示回波功率低的真目标，相比噪声压制干扰而言，是一种不易识别的压制干扰，能够起到较好的干扰效果。

对大脉宽的线性调频脉冲压缩雷达信号，产生密集假目标干扰是相对困难的。多假目标的产生可以概括为4类：延时叠加多假目标、卷积多假目标、间歇采样转发多假目标和截取部分脉冲转发多假目标［3］。其中延时叠加产生的假目标在干扰功率不存在信号失配损失和加窗损失，是一种效率较高的假目标干扰方式。本文主要研究延时叠加方向形成的密集假目标的参数设置对干扰效果的影响。

1 影响密集假目标压制干扰效果的因素分析

上文已经提及，密集假目标经雷达的CFAR处理，可获得压制干扰的效果，则与压制干扰效果相关的因素可以概括为以下几个：CFAR处理的方法、假目标的数量及假目标的功率。

1.1 CFAR处理的方法

主要的CFAR处理方法［4］有单元平均恒虚警处理（CA CFAR）、单元平均选小恒虚警处理（SOCA CFAR）、单元平均选大恒虚警处理（GOCA CFAR）、有序统计量恒虚警处理（OS CFAR）等。以下以距离一维的CA CFAR为例，简要说明CFAR处理的原理。CFAR处理窗的示意图如图1所示：

CFAR处理基于如下假设：参考单元中仅为噪声信号且其统计特性与待检单元一致。CFAR处理窗由三部分组成：一是待检单元，即需要判别是否存在目标的单元；二是保护单元，防止目标跨多个单元时错误估计噪声功率；三是参考单元，其中的噪声功率值将用于估计待检单元的噪声功率值。CFAR处理通过动态估计待检单元的噪声功率，并设置相应的检测门限，达成恒虚警的目的。

在采用距离维参考窗的CA-CFAR处理中，噪声幅度的估计值为所有参考单元实时回波功率的均值，即

门限乘积因子［4］算式为

CA CFAR的假设条件上文已给出，当假设条件不成立时，CA CFAR处理将得不到满意结果，可能导致目标遮挡效应及杂波边缘效应。目标遮盖效应是指存在两个以上目标，且一个目标位于待检单元，而其余一个或多个目标落在参考单元内，则在参考单元内的目标将提高参考单元噪声（干扰）功率的估计值，进而提高检测门限，即参考单元内的目标可能会遮盖待检单元的目标，增加丢失目标的可能性。杂波边缘效应是指当所估计的背景为非均匀分布的杂波时，而待检单元位于或靠近于杂波区域边界处，CFAR处理的前后参考窗内的统计特性会有区别，将导致在边缘处的检测发生虚警或遮盖掉低反射区域内靠近边缘的目标。

针对上述两类不足，出现了众多改进方法，如针对目标遮蔽效应的SOCA CFAR、OS CFAR，针对杂波边缘虚警现象的GOCA CFAR及同时较好地抑制两种效应的开关恒虚警处理技术（S-CFAR）。以上几种方法分别通过不同的方式确定噪声（干扰）的功率估计值，由于估计功率值时利用的参考单元数量小于CA CFAR，将带来附加的恒虚警处理损失。更加复杂的CFAR处理则需要重点关注算法的运算速度是否满足实时处理的要求。

1.2 假目标的距离分布特性及CFAR参考窗参数

针对一维CFAR的密集假目标压制干扰，假目标的干扰效果将很大程度取决于假目标在距离上的分布特性。当假目标无法落入目标的参考单元时，假目标不会影响检测，从而无法起到压制干扰效果；反之，假目标大量落入参考单元时，将很好形成压制效果。

假目标的距离间隔设置与CFAR参考窗中参考单元宽度、参考单元数量之间的关系，将决定检测目标时落入参考单元的假目标数量。在已知CFAR参考窗参数时，设置假目标间隔是便捷的，可以容易地确保假目标落入所需的参考单元内，而当CFAR单元宽度未知时，则需要进一步研究假目标在距离向的设置方法，以期达成压制效果。

1.3 假目标的功率

在确保假目标落入参考单元内之后，还需要确保假目标的功率足够。假目标功率小时，经平均或排序选择后，纳入假目标功率的影响而形成的噪声（干扰）估计值将偏小，由假目标抬升的门限可能只能压制弱回波目标而无法影响强回波目标的检测。

当且仅当假目标落入参考单元的数量足够多和假目标的功率足够大时，密集假目标干扰才能形成良好的压制干扰效果。

2 干扰设置的方法

2.1 密集假目标形成压制干扰的必要条件分析

密集假目标干扰主要通过进入参考单元提高检测门限影响目标检测，假目标参数设置的目的是使检测门限提高得足够大，形成良好的压制效果。上文分析可知，CFAR处理技术种类较多，对不同的CFAR处理技术同样的假目标参数选择将形成不同的压制效果。下页表1总结给出了在CA CFAR、SOCA CFAR、GOCA CFAR、OS CFAR 等几类 CFAR技术下为形成压制干扰效果对假目标参数的需求。

由于遂行密集假目标干扰时，很难事先得知被干扰雷达所运用CFAR处理技术，因而需要考虑在干扰效果最差时对假目标设置的要求。在表1中看出，如需对采用以上4种CFAR处理技术的雷达均起到良好的压制干扰效果，则假目标必须满足下列条件：1）假目标同时落入两侧的参考单元并且数量达到有序统计所使用的数值；2）单个假目标功率须满足落入较少一侧参考单元总假目标功率的2倍被参考单元数量平均后达到所需门限值。

表1 形成压制干扰时不同CFAR技术对密集假目标的要求

2.2 延时叠加密集假目标参数设置方法

定量地，当参考单元的宽度及数量未知时，为达到上述条件，对假目标之间的距离、单个假目标的功率必须进行盲选取。虽然CFAR处理窗具体参数未知，但是通过资料研究，可以事先预知几个关键参数的取值范围。

参考单元的宽度一般与待检单元、保护单元的宽度一致，而待检单元的宽度与雷达的脉冲宽度相关，非脉冲压缩情况下等于雷达脉冲宽度。文献［5］给出了不同雷达应用的典型脉冲宽度，如表2所示：

表2 不同雷达应用的典型脉冲宽度

根据文献［5］，雷达的脉冲宽度一般在0.05 μs～20 μs之间，采用脉冲压缩技术时，发射脉冲宽度可达数百微秒。需要指出的是，脉冲压缩雷达的回波信号经匹配滤波处理后，其脉冲宽度将与一般雷达一致，约为信号带宽的倒数。依据上述分析，考虑到雷达与目标距离近时压制干扰容易被雷达烧穿的实际情况，在本文研究中，将雷达的类型限制在作用距离较远的远程及近程监视雷达范畴，则可以近似认为该类雷达的回波检测中参考单元的宽度范围为 0.5 μs～5 μs之间。

对于CFAR参考窗的参考单元数量，参考文献［5］，其典型参数可以取为8，16或32。

下面结合延时叠加方式产生的假目标的分布特点及假目标功率，具体说明假目标干扰时的干扰参数设置方法。

延时叠加方式产生的假目标特点［3］如下：1）假目标的间隔由延时间隔唯一确定；2）除干扰时间前沿及后沿的假目标外，其余假目标的功率为干扰机功率与单位时间假目标数量的比值。

首先假定假目标的间隔均匀取值，则为满足2.1节的压制干扰必要条件，假目标的间隔应该取到1 μs的量级，从而满足在参考单元宽度及参考单元数量均较小的情况下，假目标能够同时出现在两侧参考单元之内。对于参考单元宽度0.5 μs，参考单元数量为8的典型参数极限下，若采用的CFAR技术为OS CFAR，保护单元左右各1个，并同时假定序列值为6，那么假目标的间隔应该最大可取0.67 μs。其计算方法如下：

式中，Δtmax为假目标的最大间隔，为参考单元的宽度，n为参考单元的数量，nos为OS CFAR处理中序列值的取值。当nos=2时，计算得到的最大间隔对应为满足参考单元两侧均分布有假目标的最大间隔。则在未知雷达CFAR参数的情况下，针对远程及近程监视雷达，将假目标间隔设定为0.67 μs一般能够达成干扰必要条件。当然，在获知更精确数据时，可由式（3）导出具有针对性的最大假目标间隔。

由于干扰功率被时间长度所平分，对于同一CFAR长度，进入CFAR处理窗的总干扰功率是一定的，那么在做到两侧参考窗均分布有假目标且假目标总数量达到一定数值时，对于单元平均的处理方式，增加假目标数量不能增强干扰效果，且由于增加数量导致单个假目标功率的下降反而会降低对采用OS CFAR技术的雷达的压制干扰效果。因此，在假目标数量足够的前提下，假目标数量越少越好，假目标间隔的最佳设置为最大间隔。

当假目标间隔的取值不均匀时，仍然需要保证落入两侧参考单元的假目标数量达到一定数值（如参考单元数值的3/4）。此种情况的假目标间隔设置与CFAR参考窗参数紧相关，本文不予讨论。需要指出，在假目标分布大体均匀的基础上，仍然需要关注被保护目标与干扰站的位置关系，适当减少被保护目标附近出现假目标的概率，避免因假目标与被保护目标同时出现在检测单元中而造成压制干扰效果的弱化。

不考虑假目标干扰时序的时间前沿与后沿，假目标的功率计算公式为：

假定为达成某压制干扰效果，需要使得假目标参与噪声功率估计时，噪声功率值达到n0，则经空间传输及雷达匹配滤波后单个假目标功率的取值应该满足：

式中，prj为雷达接收到的单个假目标功率值，为参考单元的宽度，Δt为假目标的间隔。一般有≤Δt，则，假定电磁波空间传播过程的损耗为GL，假目标为相参干扰，无匹配滤波损耗，则有

综合式（4）～式（6），可以得出下式：

式（7）表明，在脉冲压缩雷达的脉冲压缩比固定的情况下，固定干扰机发射功率与传输损耗时，只能达成特定的压制干扰效果，即压制干扰效果仅与干扰发射功率、传输损耗有关，而与假目标的间隔取值无关。干扰站功率固定时，只能通过前置干扰站减小传播损耗以提高压制干扰效果。需要注意，该结论是在假目标形成方法是延时叠加方法的前提下得到的。

2.3 假目标干扰站配置方法

上文分析已指出，假目标干扰需出现在被保护单元的距离前向与距离后向，当雷达脉冲间不改变参数时，假目标可以做到出现在干扰站之前，形成前向假目标，此时不必考虑干扰站的布站。但是如果干扰的对象为脉间捷变雷达，则假目标的形成必须以接收到最新的脉冲为基准，干扰站就无法产生超前于干扰站的假目标，因而遂行对脉间捷变雷达的干扰任务时假目标干扰站必须相对被保护目标前向配置一定距离，其计算公式为：

式中，ΔLmin为前向配置的最小距离，c为光速，Δt1为干扰站从接收到雷达信号到发射假目标干扰的时间为参考单元的宽度，n为参考单元的数量。

干扰站应该尽量配置于被保护目标与主要威胁雷达连线的方向上，保证主瓣干扰。当威胁来自于多方向时，应该配置多部干扰站。

3 结论

密集假目标干扰可以通过雷达的CFAR处理，形成压制干扰的效果。本文在分析几种典型CFAR处理技术的基础上，给出了盲CFAR参数下假目标间隔的设置方法，指出了假目标压制干扰效果由干扰站功率、传播损耗决定，干扰站功率固定时，相应达到良好的干扰效果干扰站必须前置。为了对脉间捷变雷达形成有效的压制干扰，必须将干扰站配置于被保护目标的前方。本文仅讨论由延时叠加方法产生的密集假目标干扰所需要满足的参数设置要求，对于其他方法产生的密集假目标，其干扰设置方法需要进一步研究。

参考文献：

［1］周颖，施龙飞，陈明辉，等.密集干扰环境下相控阵雷达资源管理优化研究［J］.电子学报，2005，33（6）：999-1003.

［2］王象，杨建华，闵涛，等.基于雷达对抗试验等效推算的密集压制干扰研究方法 ［J］. 宇航学报，2012，33（2）：217-221.

［3］廖明飞.脉冲压缩雷达多假目标产生方法仿真分析［J］.火力与指挥控制，2016，41（增刊）：30-33，36.

［4］RICHARDS M A.雷达信号处理基础［M］.刑孟道，王彤，李真芳，等译.北京：电子工业出版社，2012：260-287.

［5］张明友，汪学刚.雷达系统［M］.4版，北京：电子工业出版社，2013.