Raytheon一次雷达杂波干扰及解决一例

Raytheon一次雷达杂波干扰及解决一例
作者：宋驰
来源：《中国科技博览》2013年第37期
摘要：本文结合Raytheon一次雷达杂波抑制原理对发生的一例干扰现象进行深入
分析，并据此提出可行的解决方法。

关键词：雷达干扰杂波图 STC 恒虚警
一、干扰现象：
雷达显示机场附近空域内除飞机航迹外，有时会在短时间内出现大量疑似目标信号，疑似目标均有一次标牌但无二次代码，且位置不断变化。

每次出现上述现象的区域位置不定，经确认其为假目标。

切换通道，现象依旧。

持续一段时间后，上述假目标会自动消失。

由于生成的假目标较多，严重影响飞行指挥。

二、原因分析：
通常，产生一次雷达假目标的主要原因可归结为设备因素和外界因素两方面，我站Raytheon雷达为一、二次合装，又由于假目标只有一次标牌而无二次代码，
所以我们首先将注意力聚焦在一次雷达设备上。

首先对一次雷达设备进行彻底检查。

由于Raytheon一次雷达为A、B双通道冗余配置，又因为无论哪一通道主用工作时均有假目标出现，故对一次雷达信号公共通道中的各组件进行了检测，未见异常；为保险起见，接下来又对一次设备中干扰抑制电路进行检测。

图1为一次雷达干扰抑制电路简图，由图可知，反射信号首先被极化天线接收，通过对天线极化特性的改变可以实现特殊天气条件下抑制干扰的目的。

接着信号被送入多普勒滤波器组，多普勒滤波器组根据运动目标与杂波两者回波在频谱上的差别将它们分离出来。

同时根据其中的零多普勒滤波器输出的杂波峰值生成杂波图；杂波图是将雷达所监视的空间按距离和方位分割成若干个距离方位单元，经计算得出每一单元杂波电平平均值，并定时更新。

通过杂波图等手段可控制CFAR（恒虚警率控制电路）动态调整信号检测门限，保持虚警概率恒定，防止强杂波造成后级接收机/录取器的过载。

STC（时间灵敏度控）电路也根据杂波图生成的STC图控制射频衰减器的衰减值，达到抑制强干扰的目的。

经检测，该链路正常。

其后我们又对用于信号后期处理的SCDI工作站的干扰抑制配置文件进行检查，结果一切正常。

至此，可能导致干扰的设备因素已排除。

排除设备因素后，我们将注意力转移到外部因素。

产生干扰的外部因素主要是邻近有源人为干扰或地物、特殊天气等自然因素的影响。

干扰出现时我们对相关区域进行无线电干扰测
试，并未发现人为干擾迹象。

又由干扰信号多发生在春、秋季的清晨或傍晚时段，且持续一段时间后，干扰自动消失。

针对上述特点，最后我们判断干扰可能是自然因素造成。

三、排除干扰过程：
1、转换天线极化方式
最初干扰出现时，一次雷达处于线极化状态，于是我们尝试把极化方式转为园极化，因为园极化可以提高一次雷达在某些特殊天气条件下的抗干扰能力。

但转换后，杂波未见明显减少。

2、更改STC图
一次雷达根据STC图产生射频衰减器的衰减值，防止接收机由于干扰造成的饱和。

雷神雷达STC图分为自适应STC图和预编程目标STC图。

预编程目标STC生成原理是先在雷达作用范围内对杂波干扰情况进行测算，根据测算结果将雷达作用范围划分成多个区域，并设定每个区域的信号衰减值。

根据对不同干扰情况的估算，一次雷达共生成三组预编程目标STC 图，即MAP1、MAP2、 MAP3。

操作员可根据出现干扰时的具体情况调用三组图中任意一组。

上述干扰出现时，STC电路选用的是自适应STC图，于是我们又尝试调用预编程目标STC图控制STC电路，用以消除干扰。

分别加载三组预编程STC图后发现，虽然部分区域的假目标受到一定的抑制，但由于杂波产生区域的不确定性，三组预编程目标STC图无法对干扰可能出现的所有区域的杂波进行有效抑制，这种方法最终被放弃。

3、关闭部分放大模块
其后，我们采取了关闭部分放大模块的方法。

其理论依据是适当减小发射功率，从而抑制可能的近距强反射杂波形成的干扰。

Raytheon雷达功放单元采用模块化设计，共有8个放大模块，它的发射功率实际是各模块输出功率的和值。

关闭个别模块不会影响其他模块的工作。

虽然关闭放大模块的同时减小了雷达的作用距离，但由雷达方程：
可知，雷达最大作用距离Rmax与其发射功率Pt的4次方根成正比，也就是说关闭少量放大模块对雷达作用距离影响不大。

我们通过实际测量，验证了这一结论。

通过在SCDI工作站监控软件实际测量，当八个放大模块全部工作时，一次雷达作用距离约为112公里；当关闭三个放大模块后，此时雷达有效作用距离约为105公里。

权衡利弊后，我们试用了该方法。

其步骤为：左击已获得控制权的SCDI主界面上TX按钮，选择Equipment Control选项，在打开的界面中AMPLIFIER MODULES控制框内点击要关闭放大器对应的OFF按钮，当放大模块由原来的绿色转为橘红色时，表明该放大模块已暂停工作。

实际操作中当我们关闭3个放大模块时，干扰基本消除。

所以这种方法被最终采纳。

三结论
后经进一步分析并咨询Raytheon公司技术人员，确认上述干扰可能是由于春秋季昼夜温差大，加之特殊的地物环境，使某一空域内产生大量水滴或结晶体，当雷达电波入射到上述空域时，产生大量散射电波，当该空域又恰巧在机场附近时，会产生较强的反射杂波信号，此时STC电路虽然选用自适应STC图，但由于反射杂波方位不确定且参数变化较快，即快于杂波图和自适应STC图的更新速度，也快于CFAR检测门限的调整速度，接收的杂波信号无法被实时有效地抑制，因此形成大量虚假目标。

上述现象多发生在春、秋两季的早晚时分，当日出后随着气温上升，水滴、结晶会逐渐减少甚至消失，假目标也随之消失。

但由于二次雷达收发信号频率不同，由应答回波产生的杂波无法相关后形成有效二次航迹，故几乎不会由此产生二次假目标。

四、心得
通过此次排除干扰实践，使我认识到看似简单的雷达干扰究其原因可能极为复杂，它可由设备、人为、自然等多种因素造成。

其中涉及空域、时域、频域、调制域、功率域、极化域等众多雷达相关知识，所以只有不断积累，拥有扎实的理论功底和丰富的实际经验才能去伪存真，快速准确地找出原因并采取对应措施，消除干扰，防止由此带来的飞行隐患。

参考文献：
《雷达原理》
丁鹭飞西安电子科技大学出版社
《Raytheon PSR Operations and maintenance manual》。