数字阵列雷达抗干扰关键技术研究

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现代雷达系统面临着复杂多变的干扰环境,如何实现有效的抗干扰以保证雷达系统的性能是一个重要的挑战。本文围绕数字阵列雷达抗干扰相关关键技术进行了研究。首先,针对干扰空/时/频等域的多维特征,建立了典型干扰特征参数集,给出了干扰样式综合分类/识别方法;然后,分别从精细化主动抗干扰算法优化、复杂波形优化设计、反干扰硬件电路实现等三个层面开展了主动抗有源干扰技术理论分析和工程应用的研究工作。本文的研究内容包括如下五个方面:1、基于多维特征的有源干扰智能识别实时且精准的干扰样式识别是层次化干扰抑制、复杂波形动态配置等探侦一体化主动对抗有源干扰的核心技术前提。鉴于此,本文针对典型有源干扰样式,抽象出了时/频/时频等多维特征参数集,给出了基于决策树的宽窄带双通道干扰样式识别方法和基于相位时变特征的卷积神经网络干扰样式识别方法,实现了干扰特征高置信度提取和干扰样式综合分类的自动化设计,为抗干扰博弈策略配置提供基础性技术支撑。仿真实验证明了本文所提两种干扰样式识别方法的有效性。2、平面阵列干扰波达角稳健估计针对二维波达方向估计(Direction of Arrival,DOA)算法对阵面自由度要求过高、阵元利用率低等技术瓶颈,本文将矩阵填充理论引入平面阵列2D-DOA估计中,提出一种基于稀疏采样阵列优化的加速逼近梯度(Accelerated Proximal Gradient,APG)算法和多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)方法相结合的2D-DOA估计方法。首先,利用稀疏阵列采集辐射源数据建立2D-DOA估计模型,并证明其具备低秩特征,满足零空间性质(Null Space Property,NSP),为利用矩阵填充方法补全缺失数据,重构完整矩阵提供理论基础;其次,提出一种以阵列接收信号矩阵重构误差最小为准则,利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)离线优化采样阵列的方法,改善稀疏阵列下重构阵列接收信号矩阵的性能,提高矩阵填充方法在不同天线构型下的适用度;最后,采用APG方法将稀疏阵列接收信号以较高置信度重构为完整信号,并利用MUSIC算法完成2D-DOA估计。与常规2D-DOA方法相比,所提方法大幅提高了平面阵列的阵元利用率,仅利用少量阵元接收信号即可实现高精度的DOA估计。3、主瓣干扰下的自适应旁瓣对消针对主副瓣干扰同时存在的复杂电磁环境,本文采用线性阵列的差分旁瓣对消处理思路,给出了适用于多主瓣干扰和单主瓣干扰的多级差分旁瓣相消(Multiple Subtraction Multiple Side-Lobe Canceller,MSLC)算法和反馈差分旁瓣相消(Feed Subtraction Side-Lobe Canceller,FS-MSLC)算法,消除主瓣入射信号影响,实现了主瓣方向图保形约束下有效抑制任意副瓣来向干扰信号的目的,规避了常规自适应阵列处理权值矢量受主瓣干扰影响的实际问题,提高了强电子对抗场景下数字阵列雷达快速且稳健发现目标的能力。仿真结果证明了所提算法的有效性和适用性。4、面向主动抗干扰的复杂波形优化设计首先,为降低转发式干扰机对雷达正常探测的影响,给出了掩护波形的调用策略,并分析了所提策略的优缺点。其次,为提高数字阵列雷达对抗转发式欺骗干扰的能力,提出了具有目标区域低旁瓣模糊函数的捷变相位编码脉冲串信号设计方法,仿真结果表明基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)方法迭代逼近的脉冲串有效提升了强对抗环境下雷达信息产品质量,增强了在复杂多变电磁环境下的适用性与实用性。随后,针对转发式速度欺骗干扰,提出了最小化假目标所在位置多普勒区域的优化准则,对相干波形的初相进行优化,仿真结果表明所提方法能压制拖引假目标所在速度门附近能量,显著改善能量凹口内信干噪比。最后,从截获因子和分选识别难度等两方面出发,对复杂波形的反侦察性能提出了评估和验证准则,进一步为波形设计优化和精准化使用提供工程依据。5、数字阵列雷达主动抗干扰硬件关键技术为推进数字阵列雷达时/频/波形等域联合主动抗有源干扰技术的工程应用进程,以高精度数字控制电路设计原理为依托,研究并提出了两种基于商用数字控制电路实现数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation,DPWM)的方法,显著拓展了商用数字控制电路于雷达-电子战领域的应用范畴,为构建主动抗有源干扰系统和关键技术验证提供了基础性支撑和低成本解决方案。实验结果表明,所提两种方法时延精度分别达到了625ps和500ps,脉宽稳定度达到了50ps,证明了该方法的有效性和实用性。
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