基于目标距离像模板匹配的单脉冲雷达相干干扰方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达电子对抗技术领域，尤其涉及针对复杂扩展目标的一种基于目标 距离像模板匹配的单脉冲雷达相干干扰方法。
【背景技术】
[0002] 单脉冲雷达测角快、精度高，是对远距离运动或静止目标最为有效的探测手段，已 广泛用于各类地面跟踪制导雷达、机载雷达。近年来，对单脉冲跟踪制导雷达的干扰技术研 宄不断深入。
[0003] 目前，针对单脉冲跟踪制导雷达的相干干扰研宄主要集中于传统的两点源/多点 源相干角度欺骗干扰。相干两点源干扰是在单脉冲跟踪制导雷达的照射波束内，于目标附 近设置干扰源，将目标视为点目标，基于质点模型产生与真实目标回波相位相干的干扰信 号，相干两点源干扰原理如下。
[0004] 当目标和干扰源距离单脉冲跟踪制导雷达的距离一定，并且两者位于单脉冲 雷达天线方向图的小角度范围内，目标回波信号为E1= A T1exp(j COt)，干扰信号为E2 = ΑΤ2Θχρ(Κ〇η+Δφ)。式中，Λφ为回波信号与干扰信号在雷达天线处信号的相位差。 4,、A2分别为回波信号与干扰信号的幅度。由相干干扰原理可得，天线瞄准轴相对于目 标和干扰源中心线的偏离角
，其中β是回波信号和干扰源的功率 比，△ Θ是目标和干扰源相对于雷达视线的夹角。可以看出，由于干扰源的存在，雷达对目 标的角度跟踪发生了误偏，且偏差角取决于回波信号和干扰的功率比β、夹角Δ Θ、以及 回波信号与干扰信号在雷达天线处信号的相位差Δ Φ。
[0005] 虽然，对较小尺寸的目标而言，按照点目标产生的相干干扰可以在雷达天线口面 形成信号相位波前畸变，导致比幅或比相单脉冲测角雷达产生错误跟踪，其干扰效果良好。 但是，在海面预警和大型复杂目标的保护场景中，被掩护目标主要为舰船这类扩展目标，当 入射信号具备较大带宽（不小于140MHz)，距离分辨率较高时，这类大尺寸目标其回波相位 将受到目标复杂散射特性的影响。此时，真实目标回波到达天线口面时的信号相位很难与 基于质点模型产生干扰信号保持稳定关系，使回波信号与干扰信号在天线口面处的相位差 Δ Φ呈现随机分布，即干扰信号与回波信号无法相干。因此，基于传统质点模型的相干干扰 方法无效。
【发明内容】
[0006] 针对复杂的扩展目标，本发明提供一种基于目标距离像模板匹配的单脉冲跟踪制 导雷达相干干扰方法。通过将雷达入射信号与被掩护目标散射特性进行匹配处理，保证干 扰信号中能够准确地体现被掩护目标的多散射点特性，从而在接收天线口面处产生与扩展 目标回波具有稳定相位关系的干扰信号。本发明可以应用于舰船、飞机等多种平台上的干 扰装置中，针对扩展目标提供自卫电子干扰能力，使单脉冲跟踪制导雷达造成良好的角度 欺骗干扰效果。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种基于目标距离像模板匹配的单脉冲跟踪制导雷达相干干扰方法，在典型机载 单脉冲跟踪制导的工作频段上，建立全姿态角目标的频域响应，完成全姿态角扩展目标距 离像的建库；当舰载电子支援侦察系统ESM侦察到机载跟踪制导雷达的发射信号时，对雷 达信号进行参数测量、特征提取和信号重构；舰载干扰机将重构信号与被掩护目标散射特 性进行匹配处理，并设置附加相移、时延参数，生成与目标回波具有稳定相位关系的干扰信 号，其具体步骤如下：
[0009] 步骤一：扩展目标的散射特性模板建库
[0010] 实际中，扩展目标散射特性与目标本身的结构、雷达载频、入射波束方位有关，理 论计算和实验测量表明：在高频区，目标总的电磁散射可认为是若干局部位置上的电磁散 射的合成，这些局部性的散射源通常被称为等效多散射中心，即多散射中心，或散射点，在 给定工作频率及姿态角情况下，利用目标一维距离像来近似地描述目标散射特性；
[0011] 通过计算机辅助设计软件CAD建立被掩护目标的逼真的三维模型，在典型机载单 脉冲跟踪制导雷达的工作频段上，利用基于矩量法的三维全波电磁仿真软件Feko计算多 种入射方位角、俯仰角、入射频率条件下，该三维模型在140MHz宽带信号照射下全姿态角 的频域响应；然后，通过傅里叶逆变换将被掩护目标各姿态角的频域响应转换为全姿态角 下的一维距离像，进而建立该目标在机载雷达典型频段上的全姿态角一维距离像模板库， 其存储方式按照频率点及姿态角寻址；
[0012] 步骤二：干扰机开机
[0013] 当威胁飞机或无人机位于舰载雷达的威力范围内，即引导舰载雷达、舰载ESM系 统，以及友邻合作雷达对飞机飞行状态进行监视，对飞机航迹进行快速跟踪与预测，从而确 定干扰机开机时机；
[0014] 对欺骗干扰而言，施放干扰的时机应选在机载雷达处于跟踪状态的时候，即雷达 跟踪目标后进行干扰，雷达受干扰后由跟踪状态转为搜索状态后停止干扰；若再跟踪，则再 干扰，直至威胁消除为止。根据不同情况，当满足下列原则之一时，确定干扰机开机：
[0015] 1).距离原则，一般来说在目标跟踪雷达的探测范围边缘开始效果最好，但干扰时 间很短；从远距离搜索雷达的探测范围边缘开始干扰，时间充裕；
[0016] 2).功率原则，当干扰机接收的雷达发射信号功率超过其接收灵敏度时，施放干 扰，否则，干扰机保持静默；
[0017] 3).具体要求，在对方雷达探测范围内航行时；编队分批、合批改变航向时；在航 路上发现对方目标指示雷达而又不能回避时；在进入目标区域活动时，施放干扰；
[0018] 步骤三：机载雷达发射信号截获与重构
[0019] 当舰载系统ESM侦察到机载单脉冲跟踪制导雷达的发射信号时，实时解算从干扰 机预定开机时刻起飞机、目标和自卫干扰机双方位置关系，以便于进行初始相位设置，并进 行入射信号特征提取和重构；
[0020] 舰载ESM系统实时检测雷达入射信号每个脉冲的到达角（θ Αω)、载频（fRF)、到达 时间（tTM)、脉冲宽度（Tpw)、脉冲幅度（Ap)等特征参数，并将其与已知雷达的先验参数和 先验知识进行快速匹配，剔除无用信号，分选出有用信号，并判别威胁程度等级，将威胁等 级最高的信号作为待估计信号，估计出信号详细的参数特征，完成雷达发射信号的重构；
[0021] 步骤四：基于卷积运算的多散射点回波合成
[0022] 根据单脉冲跟踪制导雷达信号参数，按照频率点、姿态角信息对距离像模板库寻 址，找到对应的目标距离像模板。将重构出的单脉冲跟踪制导雷达信号与目标距离像模板 进行卷积运算处理，生成基于卷积运算的多散射点回波，运算后的回波充分保留了目标散 射特性对信号相位的调制信息；
[0023] 对机载单脉冲跟踪制导雷达来说，雷达波束对舰船目标入射的俯仰角近似为常 数，目标的姿态角就是方位角，根据步骤三获得方位角信息和雷达所在频率点信息，此时将 舰船目标看成一个二维的散射模型；
[0024] 建立雷达视线坐标系Ouv和目标固有坐标系Oxy，在雷达视线坐标系中，若雷达信 号为归一化相干脉冲信号，对于第η个脉冲，发射信号为：
[0025]
(1 )
[0026] 式中，Tp为脉冲宽度，T为脉冲重复周期，h为发射信号载频，N为脉冲个数。
函数为矩形窗函数，可以表示为
[0027] 假设此时方位角为α n，目标在雷达视线坐标系中的横向尺寸与纵向尺寸分别设 为2DjP2Ln;将式（1)代入雷达方程，根据目标散射的特点，第η个脉冲相对于发