CN111142076B - 提高雷达低截获性能的功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种提高雷达低截获性能的功率控制方法,利用本发明可以在无需对现有雷达硬件做较大改动的同时有效降低无源探测设备对雷达信号的截获性能。本发明通过以下技术方案予以实现:以雷达扫描周期为间隔控制雷达发射功率,首先在一个扫描周期内增大雷达发射功率,针对搜索区域发射并不用于探测目标的强信号,使无源探测设备的自动增益控制电路工作从而将接收机链路增益变小,降低无源探测设备的接收机灵敏度;然后在下一个扫描周期内雷达根据探测任务性能需求发射探测信号,使雷达探测信号的功率与强信号的功率差异超过无源探测设备接收机的瞬时动态范围,从而使无源探测设备难以截获雷达辐射信号。
Description
技术领域
本发明涉及雷达***设计技术领域,具体涉及一种用于降低雷达辐射信号被无源探测设备截获概率的雷达功率控制方法。
背景技术
随着无源探测技术的发展,雷达面临的电子干扰软杀伤以及反辐射导弹硬杀伤的威胁越来越大。雷达信号一旦被截获,雷达就面临下述两个威胁:一方面,被无源或有源干扰设备所干扰,从而失去或削弱正常工作的能力;另一方面,被反辐射导弹(ARM)所攻击或摧毁,从而使生存能力降至零。传统雷达的辐射信号越来越容易被无源探测设备截获,从而暴露雷达平台的位置,使雷达平台的生存受到严重的威胁,因此雷达需要采取措施来提高雷达的低截获性能。当雷达对目标的探测距离超过无源探测设备对雷达信号的截获距离时,该雷达***可以称为低截获概率(LPI,Low Probability of Intercept)雷达。LPI雷达是一种新体制雷达,它以极低的峰值功率探测空间,完成使命。由于辐射的峰值功率很低,极大地降低了被无源探测设备截获的概率,可以在暴露前(隐蔽状态)探测、发现目标,完成使命。而实现低截获概率雷达的低截获性能需要综合利用多种技术,往往需要几种方法有机地结合,才能使低截获雷达有最佳的性能。降低雷达被截获概率的重要措施之一就是对雷达的辐射功率进行控制,在保证雷达探测距离的前提下,采用尽可能低的雷达辐射功率。这种措施虽然可以使无源探测设备难以对雷达信号进行截获,但发射功率减少将影响雷达作用距离。
当前,低截获雷达采用的功率控制方法主要有两大类:第一类功率控制方法是基于雷达与无源探测设备的相对位置来进行雷达辐射功率的控制,雷达根据先验信息或者通过雷达自身探测可以获得雷达与目标的相对位置,利用获得的相对位置信息以及雷达天线反馈的参数可以控制雷达辐射功率使其与需要探测的目标距离相匹配;另外一类功率控制方法是基于雷达接收到的目标回波信号能量来进行雷达辐射功率的控制,这种方法不依赖于目标的位置信息,根据目标回波信号强度来控制雷达辐射功率,使目标回波信噪比刚好能满足雷达任务性能要求。这两种功率控制方法的基本原理都是根据当前雷达对目标的探测结果来调整雷达发现目标所需的最小功率,但是在实际场景下目标通常存在角闪烁,目标回波强度会发生起伏,从而使根据目标探测结果来调整雷达发射功率的方法性能下降。
当前典型无源探测设备的接收机一般采用图5所示的信道化接收机体制,对进入到接收机的信号首先利用一组带通滤波器对侦收带宽进行频段的划分,不同频段的信号分别进入不同的信道,通过选择合适的变频本振对每个信道进行变频处理,并利用带通滤波器进行滤波处理使每个信道具有相同的中心频率,经过中频放大以及ADC数字化采样以后,进行信号的检测与参数测量,最后形成脉冲描述字(Pulse Descriptor Words,PDW)信息用于后续处理。影响无源探测设备检测性能的指标主要有接收机灵敏度和接收机动态范围,接收机动态范围是接收机不产生错误时所能正确检测的最大信号功率与最小信号功率(灵敏度)之比,能够衡量接收机所能适应的信号功率范围。对于进入到接收机内的信号,如果信号功率过强容易引起检测电路的饱和,使得对信号的检测性能下降,并且强信号输入时接收机内的非线性环节所产生的寄生信号容易造成检测错误,提高无源探测设备的虚警概率,也有可能遮盖住同时到达的弱小信号,使无源探测设备的漏警概率增大;而当进入到接收机内的信号功率过弱时会低于接收机灵敏度,从而淹没在背景噪声中无法被检测到。为了扩大无源探测设备接收机的动态范围,需要在接收机中采用自动增益控制电路,根据进入到接收机的信号功率的强弱来自动地控制接收机增益,使其在保证最大信号不饱和的同时尽可能地提高接收机灵敏度。
无源探测设备接收机中的自动增益控制电路,其基本功能是随着无源探测设备接收机侦收到的信号功率的强弱自动调整接收链路中放大器的增益,使输入信号功率发生变化时,输出信号的功率基本不变。自动增益控制电路可以采用模拟和数字两种方式来实现,但是对于无源探测设备,由于需要保留侦收到的信号的幅度信息用于后续的脉冲分选处理,所以一般采用图4所示的数字自动增益控制电路来对接收机链路增益进行控制。无源探测设备接收机的自动增益控制电路通常不会每侦收一个脉冲就对增益进行调整,而是首先根据脉冲的幅度信息对脉冲进行分组,然后对一组脉冲(通常为雷达一个扫描周期内的脉冲)整体进行增益控制,因此可以采取图1所示的本发明所提出的雷达功率控制方法来影响无源探测设备接收机的自动增益控制电路的工作,达到降低雷达信号被无源探测设备截获概率的目的。
发明内容
本发明的目的是针对当前雷达功率控制方法存在的不足,提供一种能够直接影响无源探测设备接收机自动增益控制(AGC)电路的雷达功率控制方法,使进入到无源探测设备接收机的雷达探测信号的功率处于接收机的灵敏度以下,从而使无源探测设备难以对雷达辐射信号进行截获。
本发明的具体实施方式如下。一种提高雷达低截获性能的功率控制方法,具有如下技术特征:针对无源探测设备的接收机自动增益控制电路的工作状态进行发射功率的控制,首先在一个扫描周期内增大雷达发射功率,针对搜索区域发射并不用于探测目标的强信号,使无源探测设备的自动增益控制电路工作从而将接收机链路增益变小,降低无源探测设备的接收机灵敏度;然后在下一个扫描周期内雷达根据探测任务性能需求发射探测信号,使雷达探测信号的功率与强信号的功率差异超过无源探测设备接收机的瞬时动态范围,从而使无源探测设备难以截获雷达辐射信号。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明针对无源探测设备的接收机自动增益控制电路的工作状态进行发射功率的控制,与探测目标的特性无关,能够更好的平衡雷达的探测性能与低截获性能,克服了现有技术降低雷达被截获概率的功率控制方法依赖于雷达对目标的探测结果来对功率进行调整,效能容易受到目标本身散射特性的影响的缺陷。此外,实现这种功率控制方法无需对现有雷达硬件做较大的改动即可有效降低无源探测设备对雷达信号的截获性能。
本发明功率控制方法也可应用于通信、导航、识别等需要提高低截获性能的设备。
附图说明
图1是本发明提高雷达低截获性能的功率控制方法流程图。
图2是本发明雷达发射信号示意图。
图3是本发明有效性的测试验证框图。
图4为数字自动增益控制电路原理框图。
图5所示为当前典型无源探测设备接收机原理框图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明,针对无源探测设备的接收机自动增益控制电路的工作状态进行发射功率的控制,以雷达扫描周期为间隔控制雷达发射功率,首先在一个扫描周期内增大雷达发射功率,针对搜索区域发射并不用于探测目标的强信号,使无源探测设备的接收机自动增益控制电路工作从而使接收机链路增益变小,降低无源探测设备的接收机灵敏度;然后在下一个扫描周期内雷达根据探测任务性能需求发射探测信号,使雷达探测信号的功率与强信号的功率差异超过无源探测设备接收机的瞬时动态范围,从而使无源探测设备难以截获雷达辐射信号。
雷达开机后在对感兴趣区域进行探测时,在第i=2n-1次扫描周期内发射并不用于探测目标的强信号,将发射功率调整至最大,雷达参考民用航空通信中常用的波形产生发射信号,使无源探测设备在侦收到该信号时不会将其视为威胁,并且无源探测设备接收机自动增益控制电路会调整链路增益,使上述信号强度处于接收机饱和功率以下,此时接收机增益会变小,可以截获到的最小信号电平会抬升(灵敏度变低)。接下来扫描周期i+1,即在第i=2n次扫描周期内,雷达首先根据探测任务性能需求以功率Pt发射探测信号,判断雷达是否探测到目标,若雷达未能探测到目标,则在下一次探测任务扫描周期内仍以功率Pt发射探测信号,并且扫描周期i+1;若雷达探测到目标,则计算目标回波的信噪比,并将信噪比与雷达检测门限相比较,计算目标信噪比与检测门限的差值α,若信噪比超过检测门限的数值为α,则在下一次探测任务扫描周期内,雷达以功率Pt-α+σ发射探测信号,其中,n为大于0的整数,σ为发射功率调整裕量(σ通常取3dB左右)
参阅图2。雷达在相邻两次扫描周期内发射的波形,雷达在第i=2n-1次扫描周期内发射二相编码信号,相位编码序列采用传统民用航空通信中常用的编码序列,发射功率调整至最大;在第i=2n次扫描周期内发射同频段的雷达脉冲信号,根据目标回波信噪比对每次探测任务扫描周期内的发射功率进行调整,使雷达在满足自身探测任务性能需求的条件下发射功率最小。在第i=2n+1次扫描周期、第i=2n+2次扫描周期以及后续的每相邻两次扫描周期内都采用相同的规则调整发射功率以及发射波形,其中,n为大于0的整数。
参阅图3。为验证本发明的有效性,搭建了如图3所示的测试验证环境,利用信号源产生固定功率的脉冲信号和同步信号,同步信号通过FPGA开发板产生衰减控制信号,衰减控制信号可以控制数控衰减器的增益,从而使进入无源探测设备的每个脉冲信号的功率都可以调整,数控衰减器输出功率可调的脉冲信号到无源探测设备,无源探测设备将得到的脉冲描述字信息上传至上位机,用于后续分析。
信号源产生的信号参数以及无源探测设备参数如下表1所示。。
表1试验参数
当信号源持续发射功率为-55dBm的弱信号时,该弱信号功率比无源探测设备接收机最小可检测信号功率大20dB,通过对无源探测设备上传至上位机的脉冲描述字信息分析可知,无源探测设备能够稳定的检测到该弱信号,并且能够准确测量信号的载频、脉冲宽度、到达时间等参数。
当采用本发明所介绍的雷达功率控制方法,信号源首先发射0dBm的强信号,然后发射-55dBm的弱信号。通过对无源探测设备上传至上位机的脉冲描述字信息分析可知,在发射弱信号的过程中无源探测设备未上报脉冲信息,即未能截获到该弱信号。这是因为当输入至无源探测设备的信号功率为0dBm时,该信号功率超过了当前接收机最大输入信号功率,此时AGC电路会工作使接收机链路增益衰减23dB,相应地接收机最小可检测信号功率也会由-75dBm上升至-52dBm,此时接收机最小可检测信号功率大于弱信号的功率,因此接收机无法检测到该弱信号。
参阅图4。在数字自动增益控制电路中,输入脉冲流通过数控衰减器后进入模数转换器(ADC)进行数字化处理,ADC输出的数字脉冲流通过AGC电路来实现功率的控制。无源探测设备接收机的AGC电路通常不会每侦收一个脉冲就对增益进行调整,而是首先根据脉冲的幅度信息对脉冲进行分组,然后对一组脉冲(通常为雷达一个扫描周期内的脉冲)整体进行增益控制,,通过对一组脉冲进行平均能量计算,然后与预期需要达到的能量Pref相比较,根据比较结果从存储表中获得对应的控制信号来对数控衰减器的增益进行调整。
参阅图5。当前典型无源探测设备接收机一般采用信道化接收机体制,对进入到接收机的信号首先利用一组带通滤波器对侦收带宽进行频段的划分,不同频段的信号分别进入不同的信道,通过选择合适的变频本振对每个信道进行变频处理,并利用带通滤波器进行滤波处理使每个信道具有相同的中心频率,经过中频放大以及ADC数字化采样以后,进行信号的检测与参数测量,最后形成脉冲描述字(Pulse Descriptor Words,PDW)信息用于后续处理。
需要指出的是,上述测试验证实例所描述的仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种提高雷达低截获性能的功率控制方法,具有如下技术特征:针对无源探测设备的接收机自动增益控制电路的工作状态进行发射功率的控制,首先在一个扫描周期内增大雷达发射功率,针对搜索区域发射并不用于探测目标的强信号,使无源探测设备的接收机自动增益控制电路工作从而使接收机链路增益变小,降低无源探测设备的接收机灵敏度;然后在下一个扫描周期内雷达根据探测任务性能需求发射探测信号,使雷达探测信号的功率与强信号的功率差异超过无源探测设备接收机的瞬时动态范围,从而使无源探测设备难以截获雷达辐射信号。
2.如权利要求1所述的提高雷达低截获性能的功率控制方法,其特征在于:雷达开机后,在对感兴趣区域进行探测时,在第i=2n-1次扫描周期内发射并不用于探测目标的强信号,将发射功率调整至最大,雷达参考民用航空通信中常用的波形产生发射信号,使无源探测设备在侦收到该发射信号时不会将其视为威胁。
3.如权利要求2所述的提高雷达低截获性能的功率控制方法,其特征在于:扫描周期i+1,即在第i=2n次扫描周期内,雷达首先根据探测任务性能需求,以功率Pt发射探测信号,判断雷达是否探测到目标,若雷达未能探测到目标,则在下一次探测任务扫描周期内仍以功率Pt发射探测信号,并且扫描周期i+1;若雷达探测到目标,则计算目标回波的信噪比,并将信噪比与雷达检测门限相比较,计算目标信噪比与检测门限的差值α,若信噪比超过检测门限的数值为α,则在下一次探测任务扫描周期内,雷达以功率Pt-α+σ发射探测信号,其中,n为大于0的整数,σ为发射功率调整裕量。
4.如权利要求1所述的提高雷达低截获性能的功率控制方法,其特征在于:雷达在相邻两次扫描周期内发射不同的波形,雷达在第i=2n-1次扫描周期内发射二相编码信号,相位编码序列采用传统民用航空通信中常用的编码序列,发射功率调整至最大。
5.如权利要求1所述的提高雷达低截获性能的功率控制方法,其特征在于:雷达在第i=2n次扫描周期内发射同频段的雷达脉冲信号,根据目标回波信噪比对每次探测任务扫描周期内的发射功率进行调整,使雷达在满足自身探测任务性能需求的条件下发射功率最小。
6.如权利要求1所述的提高雷达低截获性能的功率控制方法,其特征在于:雷达在第i=2n+1次扫描周期、第i=2n+2次扫描周期,以及后续的每相邻两次扫描周期内都采用相同的规则调整发射功率以及发射波形,其中,n为大于0的整数。
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