噪聲調頻干擾對脈沖壓縮雷達的影響分析

摘 要:噪聲調頻干擾是一種廣泛使用的噪聲干擾技術，通過分析噪聲調頻干擾信號產生原理，用Matalb仿真了在單目標和多目標情況下，噪聲調頻干擾對脈沖壓縮雷達的影響。給出的仿真結果表明，噪聲調頻干擾對LFM脈沖壓縮雷達具有較強的干擾作用。

關鍵詞:噪聲調頻干擾; 線性調頻; 脈沖壓縮雷達; Matlab

中圖分類號:TN972文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)15-0018-03

Analysis for Influence of Noise FM Jamming on Pulse Compression Radar

ZHANG Shao-feng

(The 20th Institute of CETC， Xi’an 710068， China)

Abstract: Noise FM Jamming is a widely used noise jamming technology. Through analyzing the principle of producing the noise FM jamming signal， the influence of noise FM jamming on the pulse compression radar was simulated with Matlab. The result of simulation shows that the noise FM jamming has the strong jamming on the pulse compression radar.

Keywords: noise FM jamming; LFM; pulse compression radar; Matlab

0 引 言

在現代雷達中普遍采用脈沖壓縮技術來同時擴大作用距離和距離分辨力，即發射大時寬帶寬積的雷達信號，以提高發射的平均功率，保證足夠的最大作用距離;在接收時采用相應的脈沖壓縮獲得窄脈沖，以提高距離分辨力。隨著固態發射組件技術的成熟，脈沖壓縮雷達獲得了越來越廣泛的應用。開展對其干擾技術的研究具有十分重要的現實意義，噪聲干擾是一種類似于接收機內部噪聲的干擾信號，包括用噪聲信號對微波信號進行調幅、調頻和調相后發射的干擾，噪聲干擾從信號形式上又可分為射頻噪聲干擾、噪聲調幅干擾、噪聲調頻干擾、噪聲調相干擾等[1-4]，由于噪聲調頻干擾易于獲得寬頻帶、大功率的干擾，因而成為噪聲干擾的主要方式，本文從對噪聲調頻干擾的原理分析出發，利用Matlab進行了噪聲調頻干擾對脈沖壓縮系統影響的仿真分析。

1 噪聲調頻干擾原理

噪聲調頻信號是用噪聲對載波進行調頻后形成的一種隨機信號[5]，可以用來作為雷達遮蓋式干擾信號的一種形式，其信號形式可以用式(1)表示:

J(t)=Acos[ω0t+2πKFM∫t0u(τ)dτ+φ]

(1)

式中:調制噪聲u(τ)為零均值、廣義平穩的隨機過程;φ為[0，2π]均勻分布，且與u(τ)相互獨立的隨機變量;A為噪聲調頻信號的幅度;ω0為噪聲調頻信號的中心頻率;KFM為調頻斜率。圖1為Matlab仿真的噪聲調頻信號。

圖1 噪聲調頻信號

噪聲調頻干擾信號對應的功率譜密度為:

Gj(ω)=U2j∫+∞0cos(ωj-ω)τ#8226;

exp-m2feΔΩn∫ΔΩn01-cos ΩτΩ2dΩdτ

(2)

式中:mfe為有效調制指數，mfe=fde/ΔFn;其中fde為有效調頻帶寬;ΔFn為調制噪聲帶寬;ΔΩn為調制噪聲的譜寬。

噪聲調頻信號干擾帶寬的計算如下:

(1) mfe1時，噪聲調頻信號的干擾帶寬:

Δfj=22ln 2KFMσn

(3)

式(3)說明，mfe1時噪聲調頻信號的干擾帶寬與調制噪聲帶寬ΔFn無關，而決定于調制噪聲的功率σ2n和調頻斜率KFM。

(2) mfe1時，噪聲調頻信號的干擾帶寬:

Δfj=πm2feΔFn

(4)

式(4)說明，mfe 1時噪聲調頻信號的干擾帶寬與調制噪聲帶寬ΔFn、有效調制指數mfe均有關。

當mfe1時，只有[-B/2，B/2]內的很小一部分干擾功率進入脈沖壓縮器;而當mfe 1時，全部干擾功率進入脈沖壓縮器中。由此可見，噪聲調頻干擾對線性調頻脈沖壓縮雷達具有很強的干擾能力，尤其是當mfe1的情況下干擾效果最好[6]。圖2為Matlab仿真的噪聲調頻信號的頻譜。

圖2 噪聲調頻信號頻譜

2 噪聲調頻干擾對脈沖壓縮雷達影響仿真

脈沖壓縮雷達最常見的調制信號是線性調頻(Linear Frequency Modulation)信號，接收時采用匹配濾波器(Matched Filter)壓縮脈沖[7]。圖3為脈沖壓縮雷達的數字處理流程。

圖3 脈沖壓縮雷達的數字處理流程

脈沖壓縮雷達發射大脈寬、寬頻帶的線性調頻信號，回波信號經A/D采樣后，成為數字信號，然后經過FFT處理，其結果經匹配濾波器后，做逆FFT變化后即可得到經過壓縮的距離窄脈沖信號。理論分析表明，LFM信號經匹配濾波后，輸出脈沖具有辛克函數的性質，其第一副瓣較主瓣僅低約132 dB，在多目標的環境中，高的旁瓣特別是第一旁瓣會淹沒附近較小目標的主瓣，引起目標丟失。為了提高分辨多目標的能力，通常采用加權技術予以解決，即將匹配濾波器的頻率響應乘上某個適當的函數，如漢明窗、海明窗等。

下面采用Matlab分析仿真噪聲調頻干擾對脈沖壓縮雷達的影響[8-10]，仿真參數設定如下:

發射脈寬為10 μs，調頻帶寬為30 MHz，采樣頻率為150 MHz，目標距離為125 km，圖4和圖5分別為未加調頻噪聲干擾的回波信號波形和脈壓后的結果，圖6和圖7分別是加調頻噪聲干擾的回波信號和脈壓處理后的結果。

圖4 無干擾回波信號

圖5 無干擾脈壓結果

圖6 有噪聲調頻干擾回波信號

圖7 有噪聲調頻干擾脈壓結果

從圖中可以看出，未施加噪聲干擾時，目標信號脈沖壓縮后，壓縮脈沖的主副瓣比大約為42 dB。表明匹配濾波器加權后，脈壓結果具有較好的主副瓣比，可以滿足多目標的檢測要求。但當加入噪聲調頻干擾后，目標信號脈沖壓縮后，在整個距離段上，壓縮脈沖的主副瓣比僅為15 dB，相比未加噪聲干擾的處理結果，惡化了27 dB，而且在仿真過程中發現，當干擾信號功率加大時，目標信號會被完全遮蓋。

圖8和圖9是多目標信號的脈沖壓縮仿真結果，圖8是未加干擾時4個不同距離、不同強度目標回波信號的脈壓仿真結果，匹配濾波器加海明窗，結果表明，4個目標可以很清楚地區分開。圖9是目標信號有噪聲調頻干擾時，脈沖壓縮的處理結果。可以看出，相比無干擾的情況，距離旁瓣均有大幅的抬高，1.05 km處的目標已經被完全遮蓋，而且在1.175 km和 1.27 km處出現了2個信號比較強的假目標。

圖8 無干擾多目標回波脈壓結果

圖9 有噪聲調頻干擾多目標回波脈壓結果

3 結 語

Matlab仿真結果表明，雖然現代雷達采用了脈沖壓縮技術大大提高了其抗干擾能力，但噪聲調頻干擾對脈沖壓縮體制雷達還是有較強的干擾作用，會惡化信號的距離主副瓣比值，在多目標的情況下，會出現小信號目標被完全覆蓋的情況和假目標的情況，對脈沖壓縮雷達的正常工作造成了一定干擾。

參考文獻

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