第38卷第12期 2016年l2月 电子与信息学报 Vl0l_38NO.12 Dec.2016 Journal of Electronics&Information Technology 机载预警雷达技术及信号处理方法综述 张良 祝欢 杨予昊 南京吴涛 f南京电子技术研究所摘210039) 要:机载预警雷达及其信号处理技术经历了巨大的发展,但也面临着隐身目标、非均匀杂波、复杂电磁环境、 目标的识别和多种作战任务的严峻挑战。该文回顾了机载预警雷达及其信号处理技术的发展历程,分析了机载预警 雷达面临的反隐身、反干扰、反杂波和目标识别方面的挑战,在此基础上提出了机载预警雷达体制正向数字化、宽 带化、协同化、智能化和多功能一体化演变的趋势,最后分析了3D.STAP,MIMO—STAP、宽带检测、认知抗干扰 等关键技术,有望对下一代机载预警雷达的研制发挥一定的指导意义。 关键词:机载预警雷达;数字阵;认知雷达;多机协同;宽带;空时自适应处理 中图分类号:TN959.73 DOI:10.1 1999/JEIT161007 文献标识码: A 文章编号:1009.5896(2016)12—3298—09 Overview on Airborne Early Warning Radar Technology and Signal Processing Methods ZHANG Liang ZHU Huan YANG Yuhao WU Tao (Nanjing Research Institute Electronic Technology,Nanjing 210039,China) Abstract:Airborne early warning radar and its signal processing technology have experienced great development, but it is also facing great challenges on stealth target,heterogeneous clutter,complex electromagnetic environment, target classification and a variety of combat missions.In this paper,the development of airborne early warning radar and its signal processing technology is reviewed and the chaHenges airborne early warning radar facing such as anti—stealth,anti—jamming,anti—clutter and target recognition are analyzed.The development trends of the airborne early warning radar system towards digital,broadband,collaborative and intelligent direction are put forward on this basis.Finally,the key technologies of the signal processing such as 3D—STAP,MIMO—STAP, wideband detection,cognitive anti-jamming are analyzed,which have certain directive signiifcance for the development of the next generation airborne early warning radar. Key words:Airborne early warning radar;Digital array;Cognitive radar;Multi—aircrah cooperation;Wideband; Space Time Adaptive Processing(STAP) 1 引言 预警机是空基预警探测体系的信息枢纽和指挥 中心,它集预警探测、情报融合、情报分发和指挥 控制等多种功能于一体,负责对空中、海上及地面 目标进行大范围搜索、跟踪与识别,并指挥和引导 己方飞机、舰船以及岸基火控系统进行作战。在历 次局部战争,特别是海湾战争、科索沃战争以及利 比亚战争中预警机均发挥了重要作用,已成为现代 战争不可缺少的重要装备。预警机将探测传感器、 通信网络、作战平台、武器系统和作战人员高效实 时地融合于作战体系,起到了战场效能倍增器的作 用,极大地增强了体系作战能力【1]0 机载预警雷达因架设在高空飞行的飞机上而克 收稿日期:2016.09—30;改回日期:2016一ii—ii;网络出版:2016 12—14 通信作者:张良horsezl@126.corfl 服地球曲率对观测视距的限制,扩大低空和超低空 探测距离,发现更远的敌机和导弹,为防空系统提 供更多的预警时间。机载预警雷达在空中目标探测 与跟踪、海面目标探测与识别、战场侦察与监视、 武器精确制导与控制等方面正发挥着不可替代的作 用【2】o 从体制和能力上划分,预警机及机载预警雷达 的发展经历了3个阶段[1】. 第1阶段:雷达+飞机,实现空中雷达站。以 E一2A/B/C系列预警机为代表,其最新型号为APS. 145雷达,采用动目标显示(MTD)技术使其具有一 定的陆地上空探测能力,目前为止E一2C仍是世界 上装备数量最多的预警机。 第2阶段:雷达+通信+指控+飞机,实现空中 指挥所。以E一3A AWACS(机载预警与控制系统)为 第12期 张 良等:机载预警雷达技术及信号处理方法综述 3299 代表。雷达方位上机械扫描,采用脉冲多普勒体制 (PD),强杂波背景下的下视能力得到极大提高。 第3阶段:雷达+通信+网络+指控+战场管理 +飞机,实现战场全要素管控,预警机成为信息化 作战体系中的核心枢纽。美国海军航母编队先进鹰 眼fE一2D)舰载固定翼预警机是典型代表,其雷达采 用机相扫相结合的有源相控阵体制和空时白适应处 理技术(STAP1,对杂波和干扰的抑制能力更强。 一方面,针对现代战争日益呈现立体化、一体 化、网络化的特点,预警机需要将广泛分布于立体 空间内的各种作战力量、各作战单元、各类作战要 素联结成一个有机整体,实现侦察情报、指挥控制、 火力打击、信息对抗和综合保障协调一致,而预警 机在整个作战体系中处于核心地位。另一方面,隐 身飞机已成现实威胁、电磁对抗环境愈益复杂、巡 航导弹的广泛使用,预警机雷达正面临着前所未有 的挑战,必须不断扩展预警雷达的功能,大幅提升 其反隐身、反干扰、反杂波、和目标识别能力,提 升预警机与体系协同作战的能力。在此背景下,本 文对机载预警雷达及其信号处理技术进行了总结, 同时深入研究机载预警雷达技术的发展趋势及关键 技术。 本文的组织结构如下:第2节分析了机载预警 雷达面临的挑战;第3节对机载预警雷达体制的演 变趋势进行了分析;第4节分析了机载预警雷达信 号处理的关键技术;最后的第5节,对全文进行了 总结。 2机载预警雷达面临的挑战 从作战对象上看,机载预警雷达需要面对的探 测目标正往“高空、高速、高机动”和“低空、低 速、低散射”方面发展。从作战场景上看,机载预 警雷达需要面临有意和无意的复杂电磁干扰环境以 及非均匀杂波环境。 2.1隐身目标已成现实威胁 隐身技术已成为各国军队竞相用于高科技武器 装备的重要技术。美国、俄罗斯、德国、法国、英 国、加拿大、日本等国都在积极发展隐身技术,并 在新一代作战飞机、巡航导弹和舰艇上广泛采用隐 身技术。隐身目标在低频段的隐身效果变差,在 VHF频段其RCS甚至与常规目标相当f1-2 m。)。 现役预警雷达工作波段以L或S波段为主,频段下 移至UHF或vHF频段更有利于隐身目标探测,有 关低频段雷达反隐身的效能已经在国内外多次得到 印证[31。但是低频段频率资源极其拥挤,因此低频段 雷达受到较多无意信号的干扰。 2.2电磁干扰环境日益严峻 预警机升空工作,视距内大量分布的地面、舰 载以及机载无意辐射信号无疑对预警机雷达造成干 扰。此外干扰飞机的技术水平和干扰能力日益增强, 以EA—l8G为例,其可以挂载低频段的干扰吊舱, AN/ALQ一99吊舱已经覆盖0.064 18 GHz范围,从 而实现对机载预警雷达的全频段覆盖。先进的电子 干扰设备为了有效对抗雷达,大多采用数字射频存 储(DRFM)转发式干扰,DRFM技术大大提升了干 扰的灵活性和准确性。由于干扰的样式越来越多, 干扰的强度越来越大,势必造成雷达威力和精度下 降,甚至丢失目标的情况。 2.3复杂地形适应性 机载预警雷达面临的最严重的问题是下视时的 地杂波问题愈显突出。现代战争中预警机有可能在 城市、山区、平原、海洋以及海陆交界等多种地形 上空执行任务,要求雷达能适应各种地形地貌杂波。 近年来,STAP技术已普遍应用在了机载预警雷达 中[41,大幅提升了反杂波和反干扰的能力。然而在实 际工程应用中,STAP能力发挥也遇到了瓶颈:一 是协方差矩阵求逆计算量大;二是需要大量的均匀 样本。根据RMB准则,信干噪比损失小于3 dB需 要的均匀样本数为滤波器系统自由度的2倍。降维 STAPN可以解决上述问题,在满足样本需求量和计 算能力的前提下,使得损失的SINR尽可能小。因 为真实的环境复杂多样,地形及地表覆盖的变化引 起杂波的非均匀分布,人造建筑等形成强离散杂波, 密集的干扰目标污染训练样本,非正侧阵或双多基 地以及共形阵等阵列流形的变化导致杂波谱随距离 空变等因素使得STAP性能急剧下降。经过了非均 匀检测器挑选样本之后,均匀样本所剩无几,纵然 降维之后,训练样本数量仍严重不足。从而导致杂 波抑制性能严重下降,杂波剩余过多目标无法检 出[6】o因此需要探索新的杂波抑制方法。 2.4目标识别需求愈发迫切 现代战争是以高技术信息战、电子战为中心的 战争,对战场动态信息的实时监测和处理成为了关 系到战争胜败的重要因素,因此,仅能提供目标位 置信息的常规雷达已逐渐不能满足现代战争的需 要,人们希望进一步获取目标的详细信息。 预警机在对海探测方式中,预警区域达 4×100 m 以上,大量的舰船、岛礁目标集中在有限 的显示屏上,严重影响战勤人员对战场态势的把握, 影响训练、作战效果。因此,区分海面目标的类别, 滤除岛礁、小型民用船只等目标,对预警机作战使 用有着积极的意义。 3300 电子与信息学报 第38卷 目前预警机主要是窄带PD体制,基于检测分 类一体化设计思路可以给出海面目标的大/中/4,属 性。基于窄带信号的分类方法对雷达资源要求小, 方法简单,计算量小,可以用于筛选重点威胁目标, 辅助操作人员判决目标大中小属性。但是仅靠窄带 特征识别所获取的目标信息毕竟有限,军民船分类 竺 波形 产生器 多通道接 (区分军舰与货轮、油轮等民用船只)和型号识别(区 分驱逐舰、护卫舰、航母等)仍亟需解决。宽带能够 提供较高的距离分辨力,获取目标的结构信息是类 收,A/D Ⅲ控制器 信号 处理器 型识别的基础【7】o舰船型号识别主要依靠高分辨1 维距离像和逆合成孔径(ISAR)像,但舰船的1维距 离像受到目标类型、航行方向与雷达观测视角、目 标距离、海情等多方面因素的影响,其主要问题在 于稳健的特征提取技术和模板库的建立方法。 3机载预警雷达体制演变趋势分析 3.1由模拟阵向数字阵演变 经典的模拟有源相控阵雷达架构如图1所示, 架构包含有源收/发组件(T/RM)、模拟波束形成与 分配器(ABF&D1、接收机与A/D采样、波形产生 器、信号处理器与控制器 8 ABF&D发射时将发射 激励信号分配驱动各T/R,接收时形成全阵检测波 束。 图i模拟有源相控阵 随着前端电路封装与集成技术的发展,现代数 字相控阵功能和性能大幅提升,逐渐发展成为子阵 级数字阵如图2所示。各T/RM发射激励信号由相 应的ABF&D提供,接收时通过ABF&D形成若干 个子阵,每个子阵连接一路数字接收机,多个数字 化通道为自适应波束形成(ADBF)和STAP技术奠 定了硬件基础,子阵级数字阵为大型有源相控阵雷 达普遍采用。 全数字阵列如图3所示,就是在每个阵元上实 现发射和接收信号的数字化和控制。因为阵元级全 数字波束形成和处理,对于不同的应用可以更加灵 活地实现重构和最优化。全数字阵列包括天线阵元 以及与各阵元对应的数字化接收通道和基于直接数 图2子阵级数字化相控阵 煞 丝 兰卜 : 图3全数字阵列 字频率合成器(DDS1的发射波形产生器组成。它有 如下优势:(1)同时发射接收多波束;(2)自适应波束 形成的自由度扩到阵元级;(3)增强了收发支路校正 和均衡能力;(4)可实现多输入多输出(MIMO)模式; (5)易于实现收发阵列重构和动态子阵合成。 3.2由窄带数字阵向宽带数字阵演变 未来预警机除了必须具备较强的目标探测能力 外,还应具有较强的空海目标识别能力、地面运动 目标检测能力和侦察成像能力,以适应发现、定位、 打击以及打击效果评估这一完整的打击链,真正做 到“一机多能”。根据雷达图像解译度的分级标准【9】’ 若雷达图像的分辨率达到3 m,大多数地面、海上 军事目标都能大致识别,少数目标可以确切识别; 若分辨力达到1 in,大多数目标可以确切识别,少 数目标能进行描述;若分辨力达到0.3 m,就能实现 对大多数目标的确切识别。高分辨目标识别和成像 要求雷达大瞬时带宽,因此频段还要往高端扩展f如 扩展到X频段)。另外,宽带数字阵也为综合电子战、 高数据率数据通信等功能提供了硬件基础。 总体来说,宽带数字阵有以下优点【i0j: (1)提高距离分辨率和杂波抑制能力。宽带信号 杂波分辨单元和距离门内杂波功率同比缩小。 (2)提高雷达抗截获与抗干扰能力。采用宽带雷 第12期 张 良等:机载预警雷达技术及信号处理方法综述 3301 达信号,包括具有复杂调制的宽带雷达信号,增加 敌方雷达侦收设备侦察复杂雷达信号的困难,是实 3.4由开环架构向闭环认知架构演变 作为一种传感器,雷达是通过与环境、目标相 互作用来获取信息的。在复杂的背景下,传统雷达 现低截获概率(LPI)雷达的一个重要内容,也是抗敌 方反辐射导弹(ARM)攻击的一个重要措施,因此, 有利于提高雷达的生存能力和抗干扰能力。 (3)提高多径信号的抑制能力。采用大瞬时带宽 的宽带信号,对抑制地面/海面反射引起的多径信号 有利,对抑制地面/海面强散射点产生的二次反射, 即所谓“热杂波”也是有利的,可将目标回波与目 标经地面/海面产生的多径回波信号在距离上加以 分开。 f4)满足综合电子系统的需求[11】。如果相控阵雷 达天线的工作频率宽度能尽可能增大,则可实现雷 达、电子战(EW)中的电子支援措施(ESM)、电子干 扰(ECM)、通信、导航以及无源雷达探测的一体化, 这将节约整个综合电子系统的成本与体积、重量。 3.3由单机探测向协同探测演变 反隐身、抗干扰、抗反辐射武器是现代化战争 中机载预警雷达探测必须解决的问题。机载预警平 台由于载重、供电以及天线安装口径的限制,单平 台探测系统能力有限,因此多平台联合探测是更好 的解决措施。通过单平台多传感器信息融合、多平 台多传感器信息融合、多平台有源/无源探测相结合 等手段扩展探测空域与探测对象,提高体系反隐身 能力、抗干扰能力和战场生存能力,并最终实现平 台中心战向网络中心战转变,提升体系对抗能力[1】o 空基多平台协同探测示意图如图4所示。 (a)预警机之间协同 (b)预警机与无人机协同 图4空基多平台协同探测概念图 在反隐身方面,预警机与无人机协同以及预警 机之间的协同,可以提高对隐身目标的探测能力。 因为利用外形技术隐身的飞行器主要是减少了迎头 方向的后向散射面积(acs),其它姿态角的RCS并 未减少。在抗干扰抗截获方面,预警机与无人机协 同的好处在于,更小、生存力更强的无人机只收不 发,靠近前沿部署,而发射功率大、容易被定位的 预警机则在敌方打击范围之外的安全空域巡航,提 高预警机的生存能力。 开环的架构和单向固定的处理流程很难取得满意的 性能。在整体能量、时间、频谱等资源有限的情况 下,如何根据目标、环境变化合理分配和有效利用 这些资源是下一代雷达发展必须面对的挑战。在此 背景下,认知雷达的概念由Haykin[ 】首次提出。其 理论经过不断的改进和发展,形成了如图5所示的 认知雷达架构[13。3] 波形库I发射 l lI模型器 系统 基于发射的自适应和环境的感知, Guerci[ 4】 也提出了一种认知雷达的架构,与传统雷达相比, 实现了“发射机一天线发射一空间f信道)一天线接 收一接收机一KA协处理一发射机”的自适应闭环。 在2014年的IEEE国际雷达会议上,Guerci等人【15] 又进一步将认知雷达的概念发展为认知全自适应雷 达(COFAR),并认为是雷达未来发展方向。该系统 具有全自适应发射,全自适应接收、实时通道估计、 认知处理和控制调度等功能,其架构如图6所示。 4机载预警雷达信号处理关键技术分析 机载预警雷达体制的演变引发了机载雷达信号 处理技术的革新,单元数字阵给信号处理带来了更 大的灵活性,使得传统的2D—STAP技术向3D— STAP和MIMO—STAP技术发展;宽带带来很多好 处的同时,信号处理方法也与窄带大不相同;协同 探测的信号处理方法也有很多新的特点;认知概念 的引入激发了信号处理方法革命性的变化,KA. STAP及认知抗干扰方法等众多新的技术应运而 生。随着宽带体制、协同探测体制和认知体制的出 现,目标识别的特征和方法也越来越丰富。 3302 电子与信息学报 第38卷 _ 脊”形成一条凹口即可有效地抑制杂波了。但是对 于非正侧面阵f前视阵或者斜侧阵)雷达来说,杂波 谱线是随距离变化的一组椭圆,这严重影响了杂波 霪[)卤 遴I 墓l撼H I 空时数 据块 回波距离平稳性。特别是近程杂波,杂波谱随距离 r重噩-曩重 器 空变剧烈,样本非平稳导致杂波抑制性能严重下降。 针对近程杂波的形成机理,文献『l6—181有针对 性提出了多种抑制方法,基本思路是利用天线俯仰 求雷达采用全数字阵列。具体的流程为:第1步先 在俯仰向滤波在指定距离门形成凹口,第2步进行 方位向的STAP处理,图7为3D—STAP架构原理。 图8通过仿真分步演示了3D—STAP流程及其效果。 自应收 卜全适接 一 、、 上的自由度抑制与俯仰角相关的近程杂波,这就要 J 阵元 实时 通道 估计 器 含有 近程 杂波 图6认知全自适应雷达架构图 ■翮 ~一一一 一一一4.1 3D.STAP技术 对于正侧面阵来说,杂波分布与距离无关,它 不依赖距离,杂波谱重合为一条直线,沿着“杂波 ¨㈠ ¨ 譬■■ 一 落蘸 : 3D—STAP ∞ ∞ 蚰 t加 。 如 LJ褪 m ’ ∞ ∞ 100 100 300 300 樯匿 500 幅匣 500 t 30 60 90 120 30 6O 90 120 啊 ■■随同¨㈠.二 o 30 6O 9O 多普勒门 多普勒门 多普勒门 Il2O fa)PD杂波谱 fb)俯仰滤波后杂波谱 (c)3D—STAP后杂波谱 珈 枷 枷 图8 3D—S rAP仿真结果 4.2 MIMO-STAP技术 无论2D—STAP还是3D—STAP均是在接收端进 行处理,而发射端在反杂波和抗干扰方面所起的作 用发挥得远远不够。雷达收发是互易的,从理论上 分析,接收端STAP本质上是对多通道一个CPI内 的接收脉冲幅相进行自适应加权处理,同样的道理, 如果发射端有足够的空时自由度供调节,那么完全 可以将接收端STAP理念推广应用到发射端,在发 射端设计出与杂波谱反向匹配的空时发射方向图预 先消除部分杂波,从而与接收端STAP共同分担杂 波抑制任务。MIMO阵列每个阵元发射相互正交的 波形,提供了足够的发射自由度,为实现MIMO— STAP提供了可能,架构如图9所示[2】0 按多 普勒 TX—STAP TX.STAP 通道 自适 应综 胍 胍 TX.瓢STAP 合出 发射 波束 图9 MIM0 STAP通用架构 第12期 张 良等:机载预警雷达技术及信号处理方法综述 MIMO—STAP应按照以下3个步骤实施: 第1步将每个阵元的接收空时数据通过匹配 滤波器组进行滤波,在接收端重构发射阵列。 第2步对重构的发射阵进行TX—STAP,方法 类似于常规的接收端STAP。以mDT—SAP方法为 例,先通过FFT将匹配滤波后的数据变换到频域, 再对发射阵按多普勒通道依次进行自适应滤波,综 合出等效的空时发射方向图,这一过程需要针对接 收通道依次进行。 第3步将发射空时自适应数据按常规的接收 端STAP方法继续进行滤波,最后形成收发双程空 时自适应检测通道。 4.3 KA.STAP技术 先验 知识库 f… 团 再通过信号处理硬“扛”硬“压”,而认知雷达能够 为了补偿非均匀环境带来的自适应信号处理算 法性能损失,STAP处理器必须改变算法设计或最 大化地利用先验知识。随着地理信息、数字处理、 海量随机访问存储器等技术的迅速发展以及雷达系 统自身实时性能的不断提高,雷达获得并将较多的 外界环境的先验知识融入到处理过程中成为可能。 可用的先验知识不仅包括数字高程图fDEM)、地表 感知外界环境,自适应优选频点和带宽、调整发射 波形和发射方向图,具备比常规雷达更强的抗干扰 能力的能力,为未来雷达的反干扰提供了新的方 向 。 4.4.1认知波形优化技术通过环境感知,可以获得 覆盖和使用 I ̄(LCLU)、SAR图像、地图等外部 信息,而且包括平台和雷达的系统参数信息、以信 号处理各个阶段获取的信息、以及载机航线和雷达 历史数据信息。利用这些先验信息提高STAP性能 的技术称为知识辅助空时白适应处理fKA—STAP)。 由于知识辅助自适应处理技术可能带来巨大的 性能提升和广阔的应用前景,国内外众多机构、学 者都开展了知识辅助的信号处理研究f具体可参阅 干扰在频谱上的分布,然后根据干扰分布,在频域 上优化发射波形使得在某些频点置零,从而降低雷 达信号被侦收概率,达到提高抗干扰能力的目的, 此外,该类波形可缓解频率资源拥挤问题。仿真了 一个频谱置零的线性调频波形,信号带宽B=8 MHz,时间T=32¨s。 从图11可见,在偏离中心频率2 MHz位置处 文献『4,191及其参考文献)。根据先验知识利用方式 的不同,KA—STAP算法可以分为两大类:一类是 利用历史数据的KA—STAP算法,另一类是利用基 于DEM的杂波反演数据的KA—STAP算法,目的 均是为了获得更准确的协方差估计,提高杂波抑制 效果。KA—STAP的原理如图10所示。 4.4认知抗干扰技术 雷达面临的电磁环境日渐严峻,干扰的形式也 更加复杂。传统抗干扰思路是让干扰信号进入系统, O … … ’ 频谱置零,图12为通过加海明窗匹配滤波的结果, 虽然频谱置零波形脉冲压缩副瓣比原线性调频波形 高10 dB,但仍保持了较好的性能。 4.4.2认知频谱管理技术 微波频段受到民用无线 电的影响,变得十分拥挤。特别是无意通信干扰, 调制类型复杂多样,且功率较强,压缩了雷达可用 频带资源。大部分通信信号带宽较窄,可以通过感 知通道感知干扰的频谱分布,在频谱上干扰较小的 区域优选频点和带宽,如图13所示。 一10 —2O 嚣一30 坚一多。 ●4O 5O , 一一60 -6—4 -2 0 2 4 6 频率(MHz1 图11频域置零波形设计示意图 图12频域置零线性调频波形脉冲压缩性能 图13选择干净区(干扰少)示意图 电子与信息学报 第38卷 4.4.3认知发射方向图置零技术 在复杂的电磁环 境中,面临的干扰源较多时,由于接收段自由度有 限,常规处理性能会急剧下降。如果能将发射端的 自由度加以利用,形成发射方向图零点,降低被侦 察概率,等效减少了干扰源个数,雷达系统反干扰 性能会大幅提升。通过感知通道感知到干扰的强度 和角度信息,然后采用发射方向图置零的方法将干 扰抑制。具体的流程如图14所示。 图14基于感知信息的发射方向图嚣零算法流程 图15为发射置零仿真方向图,假设发射阵列为 16阵元均匀线阵,阵元间距为半波长;在一35。,10。, 和25。分别形成发射方向图零点。 一发射最优方向图 一 -发射静态方向图 图15发射方向图空域置零 可以预见,基于电磁环境实时感知结果,综合 空域、频域联合置零以及认知频谱管理技术后,预 警机雷达反干扰能力将得到极大提升。 4.5宽带信号处理技术 随着雷达信号带宽的不断增加,窄带假设逐渐 不满足,雷达系统的辐射特性、电波传播特性、目 标反射特性、系统接收特性都会发生改变,导致信 号处理方法也完全不同。 4.5.1宽带阵列信号处理传统相控阵雷达可以通 过移相器来控制波束指向,随着信号带宽的增大, 阵列波束指向会出现偏移和扫描不准的现象,无法 实现雷达宽带、宽角扫描。所以宽带数字阵列的波 束控制必须用时延单元来取代移相器【。 】。其原理如 图16所示。 4.5.2宽带检测技术对于窄带雷达,目标尺寸远小 于距离分辨单元,从而可被看成是一个点目标。而 对于宽带高分辨雷达,目标会分散成多个散射中心。 运用将发射信号作为副本的常规的匹配滤波方法 图16宽带数字波束形成算法流程图 无法将宽带目标积累起来,目标信噪比(SNR)大大 减小[22]。在高斯条件下,目标的检测概率与SNR成 正比,SNR的降低将会引起目标检测性能的恶化, 因此宽带目标回波的积累是获得宽带检测技术优势 的关键。文献f231提出了一种分段积累相关检测的方 法,使得信噪比大大提升,解决了目标能量分散的 问题。具体的流程如图17所示。 4.6协同探测技术 多平台协同探测系统指多架有人预警机之间和 或一架有人预警机与多架无人预警机之间对同一空 域进行联合探测,空基多平台协同探测系统是未来 机群协同作战、体系作战的主要模式。各发射站可 以以不同的工作频率、带宽和波形发射,接收站则 采用多通道接收,同时接收其它平台发射信号的回 波,并按照MIMO模式进行匹配处理,最终检测出 目标,各平台的检测报告送往联合信息处理中心进 行融合,形成综合空情。多平台协同探测系统需要 解决的技术问题主要有[ 3]:(1)多平台时间、空间与 回波数据输入 Keystone变换 蓍 关检测f时域或频± 距离多普勒图输 图17宽带检测算法流程图 第l2期 张 良等:机载预警雷达技术及信号处理方法综述 相位同步技术;(2)机载多/双基地杂波抑制方法研 究;(3)多平台空中布站技术研究;(4)多平台大容量 达观测得到的特征信息具有完全不同的特性,二者 的有机结合是智能化识别的必由之路。 实时数据及信息传输技术;(5)多平台数据融合处理 5结束语 技术。 4.7综合识别技术 4.7.1宽窄带特征融合识别 首先利用窄带信息对 目标进行粗分类(分层),然后针对重点目标进行宽 带、窄带综合识别,做出目标的型号级的判断。宽 窄带特征融合识别算法流程如图18所示。 速度、高、 待识别目标 度、RCS、 微多普勒、 运动轨迹、 能量等 粗分类 嚣I目标)I l l … I特征综合1. 县缔宽 型号lI型号I目标I l目标l I型号 l目标 目标识别综合信息输出 图18宽窄带特征融合识别算法流程 4.7.2多传感器融合识别 机载预警雷达综合识别 是以雷达宽窄带信号为主,同时融合多传感器的信 息,结合主被动目标识别技术,通过多源特征融合 实现目标属性的判决。机载预警雷达对海面舰船进 行识别时,综合利用宽窄带雷达信号、无源电子侦 察(ESM)、船舶自动识别系统(AIS)等数据,通过合 理的识别策略实现对目标不同层次属性的判别。 4.7.3知识辅助目标识别 目标本身提供的识别信 息非常有限,且易受环境因素影响,当目标与周围 环境具有较强的依赖关系时,需要引入有关目标的 背景知识,将其转化为对直接测量信息的约束。这 种借助领域知识或经验的识别方式,这里称之为知 识辅助识别。实际上,目标识别要比判断目标是否 出现更为困难,识别程度和对象的范围较广,单一 的信息来源往往不具有充分的排他性,因此更大范 围的目标识别问题都需要借鉴知识辅助识别的思路 来解决。例如,对海上舰船目标的识别,其尾迹特 征与目标的关联性是重要的判别依据。目标本身结 构特点以及与环境相互作用产生的新的暴露征候可 以通过判断规则、发生概率、关系图等知识表示和 转化方式,实现对目标识别的贡献。这些知识与雷 预警机是综合探测系统的重要组成部分。预警 雷达作为预警机的核心,正面临着来自于隐身飞机、 复杂电磁环境和复杂地形杂波环境的挑战。 本文在对预警机雷达发展历程、面临问题和挑 战进行分析基础上,提出了机载预警雷达及信号处 理关键技术的演变趋势。机载预警雷达正向数字化、 宽带化、认知化、协同化、多功能一体化[n1方向发 展,相应地要求信号处理技术持续不断演进,3D— STAP,MIMO—STAP,KA.STAP,认知抗干扰,宽 带信号处理,协同探测和综合识别技术均有可能在 未来预警机雷达上得到应用,必将使信号处理架构 发生重大变革,进而提升未来预警机应对复杂环境、 复杂目标和多任务的能力。 我们相信,本文对机载预警雷达及信号处理关 键技术演变趋势的综述会对下一代机载预警雷达的 研制起到一定的指导作用。 参考文献 [1] 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