阵列多波束雷达通道失配对旁瓣对消性能的影响

侯少岭，蔺东霞，王永海，顾荣军(中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳471003)

假设用ρ01代表主通道与辅助通道1的互相关系数，ρ02代表主通道与辅助通道2的互相关系数，ρ12代表辅助通道1与辅助通道2的互相关系数，与式(4)同理可得两个辅助通道时，采用旁瓣对消的最佳对消比为:



阵列多波束雷达通道失配对旁瓣对消性能的影响

侯少岭，蔺东霞，王永海，顾荣军
(中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳471003)

摘要:分析了多波束雷达通道失配对旁瓣对消的影响，并结合某雷达的试验现象，运用仿真方法分析了该雷达在假目标干扰条件下通道失配对旁瓣对消性能的影响，为该体制雷达的对消效果评估提供了依据。

关键词:阵列多波束;通道失配;旁瓣对消

0　引言

某雷达采用多波束形成技术，对多路接收通道进行波束合成。在合成之前，首先需要对各个通道数据的幅度和相位进行校准，以保证接收通道的一致性。由于该雷达在进行接收通道幅相校准时，校准系数不能实时修正，辅助通道与主通道间存在幅相不一致的问题，导致雷达进行旁瓣对消时，主、辅通道信号相关性下降，影响旁瓣对消效果［1-2］。本文结合该雷达某次试验，针对采用旁瓣对消后假目标幅度变大的现象，分析研究了在假目标干扰条件下通道失配对旁瓣对消性能的影响，并给出了仿真结果，为该型雷达对消效果评估提供了依据。

1　试验现象说明

在某项检验该型雷达旁瓣对消效果的试验中，雷达工作于三坐标搜索体制，采用数字波束形成、脉冲压缩、CFAR、杂波图等信号处理方式，并进行两个辅助通道的旁瓣对消处理。干扰装备分别采用噪声干扰和假目标干扰两种干扰方式对雷达实施干扰，该型装备在不同干扰方式时采用旁瓣对消前后的效果如图1和图2所示。

图1　假目标干扰条件下雷达采用旁瓣对消前后效果图

图2　噪声干扰条件下雷达采用旁瓣对消前后效果图

由试验结果可以看出，当进行假目标干扰时，雷达采取旁瓣对消抗干扰措施后，干扰未被抑制，相反地还增强了干扰强度;而进行噪声干扰时，旁瓣对消效果明显，噪声干扰被有效抑制。

众所周知，旁瓣对消主要用来抑制由雷达副瓣进入的具有高占空比和类似于噪声的干扰，而对低占空比的脉冲干扰信号的抑制能力很差或者根本不起作用。但是在该试验现象中，旁瓣对消对于假目标干扰未起到抑制作用，相反地干扰幅度还得到了加强。本文对该试验现象进行分析。

2　试验现象理论分析

旁瓣对消主要利用主天线接收信号与辅助天线接收信号的相关性及辅助天线间信号的相关性来进行权值计算，各辅助通道接收的干扰信号经过加权，使其与主通道中的干扰等幅反相，才能有效对消干扰。主天线接收信号与辅助天线接收信号或辅助天线间信号的相关性中的任一相关性受到破坏，都将导致相关矩阵的计算不准确，并最终导致权值计算的不准确，甚至得到错误的权值。此时，旁瓣对消的效果就无法达到预期的效果。因此，接收通道中信号的相关性对旁瓣对消的效果就会产生影响，而通道失配就是引起通道间信号相关性变差的一个主要因素。

所谓通道失配，就是指接收机通道与辅助通道的幅度和相位不一致。雷达的接收通道包括高放、混频、检波、A/D等组件，不可避免地在特征上存在差异，致使主辅通道的各种不一致性直接影响了接收通道的幅、相不一致。

设主通道和辅助通道的信号分别为n(t)和n1(t)，权系数取最佳值wopt，则对消后输入的信号功率为:

为了获得最佳的对消效果，通常采用最小均方误差准则算法［4］对权值进行优化，则最优权值可转化为:

在自适应旁瓣对消系统中，一般采用干扰对消比衡量旁瓣对消性能，其定义为雷达未采用旁瓣对消时系统输出噪声功率与采用旁瓣对消时系统输出噪声功率的比值，即:

式中，CG为对消比，n为接收到的干扰信号，nr为对消后干扰输出。

将式(1)、(2)代入式(3)可得出最佳对消比为:

式中，ρ为主辅天线接收干扰信号的互相关系数。

考虑该雷达装备有两个辅助天线，若辅助天线一和辅助天线二接收到的信号分别为n1(t)、n2(t)，则对消后输出的信号功率为:

与式(2)同理，可得其最优权值为:

假设用ρ01代表主通道与辅助通道1的互相关系数，ρ02代表主通道与辅助通道2的互相关系数，ρ12代表辅助通道1与辅助通道2的互相关系数，与式(4)同理可得两个辅助通道时，采用旁瓣对消的最佳对消比为:

通过上述分析给出了采用两个辅助通道进行旁瓣对消时的对消比，由对消比的表达式也可以看出，进入主辅通道干扰信号的相关性对旁瓣对消的性能有直接影响，当通道失配时，进入主辅通道的干扰信号失去相关性，将导致对消比下降［3］。下文就对几种情况下，通道失配引起的旁瓣对消效果的变化进行仿真分析。

3　仿真分析

设置仿真条件如下:采样频率为10MHz、信号脉宽为100μs、脉冲重复周期为2ms、信号带宽为5MHz，采用两个辅助天线的对消系统，权值计算时通道采样点个数为10个。

以主通道为标准通道，假设辅一通道与主通道的相位一致性较差，辅二通道与主通道的幅度一致性较差，分析采取不同干扰样式时，通道失配对旁瓣对消效果的影响效果。

情况1:不同密集程度的假目标干扰下，通道失配对旁瓣对消效果的影响。

为了便于说明，给出三种不同密集程度假目标干扰时的仿真结果，包括旁瓣对消前后的效果图，以及辅助通道的相关性函数曲线，如图3～5所示。

图3　假目标间隔100μs时，通道失配对旁瓣对消效果影响

图4　假目标间隔30μs时，通道失配对旁瓣对消效果影响

图5　假目标间隔10μs时对消前后的时域波形

图3～5中，(a)均表示旁瓣对消前后目标回波的幅度; (b)中实线为辅助通道自相关函数曲线，虚线为辅助通道间互相关曲线，两个信号的互相关函数与其中一个信号的自相关函数吻合得越好，说明两个信号的相关性越好，反之说明相关性越差。因此，当干扰信号为假目标干扰时，若雷达通道一致性不好，则其通道间的信号相关性均较差，此时，干扰信号不但未能被对消，反而增强，本文仿真中对消后的信号幅度相比于对消前就提高了10dB左右。因此，通道失配对假目标干扰时的旁瓣对消效果影响较大。

需要说明的是，干扰信号相对于系统噪声幅度的强弱直接决定着自适应权值估计的准确性，当干扰信号较弱时，接收机内部热噪声将破坏主天线与辅助天线及辅助天线之间信号的相关性，此时如果采用旁瓣对消，将难以取得好的对消效果。本文给出的是假目标干扰幅度与系统内部噪声幅度基本相当时的仿真分析结果，假目标干扰信号强度比系统内部噪声强时的仿真分析，与之基本一致，本文不再赘述。

情况2:调频噪声干扰下，通道失配对旁瓣对消效果的影响。

从图6可以看出，当干扰为调频噪声干扰时，虽然通道一致性不好，但通道间的信号相关性仍然较好，此时旁瓣对消对噪声干扰有较好的对消效果。因此，通道失配对于噪声干扰时的旁瓣对消效果影响并不大。

4　结束语

本文根据旁瓣对消的工作原理，运用仿真的方法分析阵列多波束雷达通道失配对旁瓣对消性能的影响。通过仿真结果可知，在阵列多波束雷达进行旁瓣对消的过程中，由于主、辅通道间存在通道失配，假目标干扰方式下，进入通道间的信号相关性较差，干扰信号不但不能实现对消，而且信号幅度反而增大;而在噪声干扰方式下，虽然通道一致性不好，但通道间信号相关性较好，旁瓣对消有较好的对消效果。

参考文献:

［1］张葵．雷达干扰效能仿真评估系统的设计与实现［D］．西安:西安电子科技大学，2006．

［2］彭小亮，李荣锋，等．两种修正的自适应通道均衡方法［J］．电子与信息学报，2006，28(4) : 658－662．

［3］艾丽．旁瓣对消数字处理模块的设计与实现［D］．西安:西安电子科技大学，2008．

［4］马晓岩．雷达信号处理［M］．长沙:湖南科学技术出版社，1999．

The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radar

Hou Shaoling，Lin Dongxia，Wang Yonghai，Gu Rongjun
(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang 471003，Henan，China)

Abstract:The effect of channel mismatch on sidelobe cancellation for multi-beam array radars is analyzed．And based on test results of some radar，the effect of channel mismatch on sidelobe cancellation，when the radar is influenced by false target jamming，is analyzed by simulation，which provides basis for the cancelling effect evaluation of such radars．

Key words:multi-beam array; channel mismatch; sidelobe cancellation

作者简介:侯少岭(1980－)，男，工程师，硕士，主要研究方向为雷达对抗试验技术及计算机仿真等。

收稿日期:2015－09－25; 2016－01－04修回。

中图分类号:TN973; TN974

文献标识码:A