高频雷达是利用垂直极化高频电磁波沿海面绕射传播原理实现超视距探测海上目标和超低空目标的新体制雷达^[1]，其面对的主要噪声是大气噪声^[2]。高频段的大气噪声源于自然界的雷电和人类活动产生的电磁辐射。高频段的电磁环境非常复杂，为了能稳定可靠的工作，高频地波雷达采用了多种抗干扰手段。近年来，国外正在加紧开发雷达高新技术来提高雷达的抗干扰能力^[3]，包括正在开发新型机载相控阵天线技术，如美国的横列定向型相控阵天线^[4]和“灵巧蒙皮”共形相控阵天线^[5]，以色列的“费尔康”共形相控阵天线和瑞典正在研制的“相似平衡术”双面相控阵天线等^[6]。此外，国外还正在开发双波段(S和UHF)技术和数字波束形成技术，从空域上提高雷达抗干扰能力^[7]。

近区雷电干扰是典型的突发冲击干扰，这种冲击干扰在时域上有明显的局部特性，它的作用时间一般比较短暂，但是能量巨大，导致雷达多普勒谱分析的噪声基底被显著抬高，从而妨碍了目标信号的检测^[8]。当连续几个积累周期的目标检测受到冲击干扰时，目标跟踪将中断或不能形成航迹，因此冲击干扰对高频地波雷达有比较大的干扰和危害，所以抑制冲击干扰是目前国内外研究热点^[9]。

考虑到冲击干扰具有一定的随机性，实际应用中在信号冲击干扰检测方面一直存在难度，信号的突变部分和不规则结构通常包含着重要的信息，所以研究信号的奇异性是信号处理领域的重要内容。本文主要研究3种方法，对冲击干扰进行抑制和恢复。

1 高频地波雷达的信号处理

确定截断的FMICW信号表示为

式中：T_s是调频周期；N是调频周期个数；p为一个调频周期的截断脉冲数；是持续时间为T₀的矩形脉冲；T为截断脉冲的重复周期；f_c为载频；是调频斜率；B为调频信号带宽。

高频地波雷达的信号处理算法建立在傅里叶变换的基础上。FMICW信号在去斜率处理方式下，距离处理和多普勒谱分析分别通过快速傅里叶变换(FFT)实现，距离处理称为一维FFT，多普勒谱分析称为二维FFT。可是傅里叶变换作为频谱分析的工具不利于提取信号的瞬态信息。脉冲信号经傅里叶变换后，能量扩散到整个频域。脉冲能量的分散不利于检测，更不利于确定脉冲的起止时间。因此高频地波雷达靠傅里叶变换不能检测接收机输出信号中是否存在冲击干扰，也很难对冲击干扰进行抑制。

以上分析说明高频地波雷达受工作环境的约束，系统带宽窄、动态范围大，脉冲干扰在经过窄带平滑后拖长、变宽失去了时间上的突变性质，在时域已经没有脉冲性质，很难与雷达信号相区别。

图 1模拟一个周期内发射的高频地波雷达信号回波。考虑到冲击干扰能量大、随机性的特点，可以用一个二进制序列与幅度调制序列相乘表示为瞬态干扰序列。二进制序列的产生依据贝努利分布来建立。此外，将模型的功率分布建模成指数分布，将满足指数分布的功率与二进制序列相乘即得到闪电干扰的信号。如图 2所示。

2 抗雷电干扰的算法实现原理及仿真

雷电等冲击干扰信号在高频地波雷达多普勒信号时域表现为明显的奇异信号，抑制这种瞬时发生的奇异信号，在时间上进行处理是最合理的。冲击干扰发生时的信号若看成是干扰信号和正常回波信号的叠加，抑制冲击干扰则应遵循以下原则：1)在冲击干扰时段上尽量削弱干扰信号；2)保证正常的回波信号不受大的影响。具体抑制冲击干扰的过程是：1)通过检测冲击干扰信号判定它的位置；2)去掉这个位置上的信号；3)在这个位置上恢复正常的信号。直接从受冲击干扰的信号里恢复正常信号几乎是不可能的，所以怎样在冲击干扰位置上恢复正常多普勒信号是抑制冲击干扰的关键问题。

2.1 基于插值方法的多普勒信号恢复与仿真

雷达多普勒信号的主要成分是数字谱域的低频信号，也就是说回波的主要成分是过采样的，有很多冗余信息^[10]。如果把多普勒信号做降采样，回波信号的主要信息仍然能够保留。此多普勒信号受冲击干扰的部分可以在降采样过程中舍弃，然后通过插值在原位置近似恢复正常数值。这就是插值方法恢复多普勒信号的原理。

插值运算可以把离散的采样值恢复为连续信号。如果x(t)是低通带限信号，那么x(t)可由它的采样信号x(n)进行恢复。

式中：T是采样间隔，因为函数是无限长的。因此在实际使用插值算法采取加窗截断的方法。w(t)是窗函数，针对不同的要求有很多设计w(t)的方法。

在插值法中，通过小波法对冲击干扰的位置进行定位后，分别用冲击干扰位置前后的所有扫频周期的数据对冲击干扰位置处的数据进行预测与恢复^[11]。图 3表示包含有雷电干扰的一个扫频周期内的回波信号，经过插值法对干扰区间进行的一个数据恢复。图 3表示包含有雷电干扰的一个扫频周期内的回波信号，经过插值法对干扰区间进行的一个数据恢复。

从图 3来看，冲击干扰信号已经被比较平滑的恢复信号所替代。图 4中虚线是存在干扰时的频谱分析结果，点线是插值恢复信号的频谱分析结果，实线是未受干扰时的频谱分析结果。虚线和点线的对比表明噪声基底大大降低，信噪比得到了显著提高，大约提高了25 dB。

2.2 基于降采样方法的多普勒信号恢复与仿真

降采样法其实也是插值法的一种，通过利用小波法对冲击干扰进行识别与定位后，对冲击干扰位置前后以一定的间隔进行采样，从而实现对冲击干扰位置处的数据的预测与恢复。工程实现方案中恢复一处多普勒信号可以考虑使用4～6个降采样点，极限情况下可以采用2个降采样点插值。它的具体步骤是先根据干扰的检测结果确定一个干扰的起止位置，计算它前、后缘两个正常点序号的差值作为降采样的间隔，分别从上述两点向前、向后做降采样，各取相等数目的样值，并需要验证这些数值是否为正常值(没有受其他冲击信号的干扰)。仿真结果如图 5、6所示。

从图 5来看，冲击干扰信号已经被比较平滑的恢复信号所替代。图 6虚线和点线的对比表明噪声基底大大降低，信噪比得到了显著提高，大约提高了30 dB，从而提高了目标的可检测性。

2.3 基于插零方法的多普勒信号恢复与仿真

因为被雷电干扰位置的信号幅度显著提高，所以可以考虑在冲击干扰位置处直接插零^[11]，并对结果进行了仿真。仿真结果如下，从图 7来看，冲击干扰信号已经被比较平滑的恢复信号所替代。图 8虚线和点线的对比表明噪声基底大大降低，信噪比得到了显著提高，大约提高了60 dB，从而提高了目标的可检测性。

由图 9可知，3种方法都能有效地提高信噪比，提高目标的可检测性。

3 结束语

由于雷电等冲击干扰的存在时间(干扰的宽度)比高频地波雷达相干累积时间短很多。所以抗干扰的基本思路就是在时域中突出了冲击干扰，并在该区域中将受干扰影响的时间段检测出来，最后再根据信号的统计特性用内插的方法将干扰数据存在区间内的点补上，从而使杂波谱在频域上不能扩展。高频地波雷达抗冲击干扰主要步骤是：首先对发生的冲击干扰进行区间定位，然后将定位后的冲击干扰采用不同算法进行数据重构和恢复。在文中主要采用即插值法、降采样法和插零法3种方法对冲击干扰进行抑制，并通过仿真雷电干扰并对其进行抑制，得出通过抑制冲击干扰，信噪比得到了显著的提高。