【深度】基于LFM波形的极化雷达移频干扰鉴别（下篇）

Original 学术plus 学术plus 2022-07-29

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今日荐文

今日荐文的作者为北京航空航天大学电子信息工程学院王文光，任欣，国睿科技有限公司专家季彧等。本篇节选自论文《基于LFM波形的极化雷达移频干扰鉴别》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第1期。本文较长，此为下篇。

摘要：基于数字射频存储器(Digital Ratio Frequency Memory, DRFM)的移频干扰是一种常见的针对线性调频(Linear Frequency Modulated, LFM)脉冲雷达系统的欺骗式干扰。由于LFM脉冲信号的模糊函数具有距离-多普勒耦合的特点，经移频处理后的干扰信号会对雷达接收系统产生距离欺骗的效果，常规雷达对抗移频干扰面临很多困难。该文研究了基于正负调频的LFM波形进行移频干扰鉴别的方法。通过全极化雷达的信号处理，真实目标和移频干扰会表现出差异，该文在正负调频LFM信号处理的基础上，构造了能够表现目标散射矩阵和干扰极化状态差异的特征量，该特征可以用于目标的真假鉴别。该文在给出鉴别量推导过程的同时，利用仿真数据对所提出的针对移频干扰的目标鉴别方法进行了验证，实验结果表明新的极化鉴别方法可以有效区分目标和移频干扰。

关键词: 抗干扰；移频干扰；极化鉴别

2 移频干扰极化鉴别算法

由前面一节的分析可以看出，目标回波和移频干扰经雷达天线接收，并进行匹配滤波处理后所得到的输出矩阵有着明显差异，基于这种差异，可以设计如下针对目标和移频干扰的极化鉴别算法，鉴别处理流程如图1所示。其中包括了不同极化通道的匹配滤波、极化总功率合成、目标检测、目标鉴别等过程。

图1 极化鉴别算法框图

2.1 功率积累与目标检测

通过对不同的极化通道的叠加，可以抑制噪声，提高目标检测效果，同时也避免由于目标极化散射矩阵交叉极化分量过小而导致的漏检，可以对四通道的输出功率按下式进行积累得到极化总功率P(t)：

对P(t)进行恒虚警率(Constant False Alarm Rate, CFAR)检测，可以得到待定目标位置。检测结果中包含了真实目标，也包含了干扰导致的假目标，需要进一步的鉴别处理来确定待定目标真伪。

2.2 极化鉴别量构造

根据待定目标位置，可以提取该位置处四个通道的输出结果，并按下式对同极化通道和交叉极化通道进行组合。

上面的表达式可以直观反映目标的极化散射矩阵与干扰天线的极化状态之间的差异，式(17)的极化组合量为待定目标的真伪判别提供了条件。

为消除目标距离和干扰机功率对鉴别的影响，需利用待定目标的总功率对构造的极化组合量进行归一化，得到移频干扰的极化鉴别量如下：

通过以上的推导，当待定目标为移频干扰时，新构造的极化鉴别量的输出为0，而对于目标，同极化分量乘积通常大于交叉通道乘积，使(24)式的输出大于0，实现了对于目标和移频干扰的区分。

2.3 门限判别

3 仿真实验

为验证所提出鉴别方法的效果，通过以下仿真实验进行验证分析。

3.1 真伪目标的鉴别能力

对水平极化和垂直极化天线接收信号分别进行匹配滤波，得到四个极化通道的信号，仿真结果如下图2所示，其中HV和VV通道输出已经过反转。

（a）HH通道输出结果

（b）HV通道输出结果
（c）VH通道输出结果
（d）VV通道输出结果
图2 不同极化通道接收信号匹配滤波输出结果
图2所示为目标回波和由干扰机产生的两个移频干扰经过匹配滤波后的输出，可以看到移频干扰形成了两个较为明显的假目标。
图3 输出总功率
图3为总功率的计算结果，通过对总功率通道进行CFAR检测，可以得到4个待定目标，目标位置点。仅从回波功率上无法将目标和干扰区分开。对检测出的4个待定目标，计算移频干扰鉴别量。4个待定目标的总功率、移频干扰鉴别量如下表1所示。
表1 待定目标总功率与鉴别量列表
由表1可知，尽管待定目标1和待定目标4的功率高于其他两个待定目标，但计算得到极化鉴别量远远小于待定目标2和待定目标3，通过设置合理的门限值即可将真实目标鉴别出来。
3.2 信噪比对极化鉴别量的影响

3.3 干扰机极化状态的影响

（a）对比算法

（b）本文算法

图5 鉴别量随干扰极化状态变化曲线

图5(a)可以看出，文献[10]中算法的鉴别量仍然可以有效区分目标和干扰2，但当干扰1极化状态接近水平极化或垂直极化时其鉴别量无法有效区分其与目标2，可见文献方法对于本文的移频干扰情况存在一定的局限性。

图5(b)中可以看出随着干扰极化状态由水平极化状态变化到垂直极化状态时，本文算法所得到目标与干扰的鉴别量略有起伏，但是依旧有较大差异，对于干扰机的不同极化状态，所提出的极化鉴别量都可以有效区分目标和移频干扰。

结合以上实验，本文所提出的极化鉴别量能够较稳定地表示目标和移频干扰的差异，是一种有效的移频干扰鉴别方法。

4 结束语

移频干扰是目前有效的电子对抗方法，对雷达的目标探测和跟踪都提出了新的挑战。本文在分析目标散射矩阵与转发干扰天线的极化状态的差异的基础上，利用基于正负斜率LFM波形的正交极化雷达，通过对不同极化通道的组合处理，提出了新的极化鉴别量以进行目标和移频干扰的区分。理论推导和仿真实验都表明了本方法对移频干扰目标鉴别的有效性，并且在真伪目标能够稳定检测的条件下，信噪比与干噪比的变化会导致鉴别量的起伏，但起伏程度不会影响对目标和移频干扰的正确区分。针对具有不同极化状态的干扰机，所提出的新的极化鉴别方法都可以有效区分目标和移频干扰，优于现有的鉴别方法。