基于DRFM循環轉發的脈沖多普勒引信干擾研究

隋 鑒,李國林,尹洪偉

(海軍航空工程學院,山東煙臺 264001)

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基于DRFM循環轉發的脈沖多普勒引信干擾研究

隋 鑒,李國林,尹洪偉

(海軍航空工程學院,山東煙臺 264001)

為了對抗具有強抗干擾能力的脈沖多普勒引信,通過分析脈沖多普勒引信的基本工作原理,確定了有效干擾脈沖多普勒引信的基本條件,在此基礎之上,提出了基于DRFM的循環轉發干擾以實現對脈沖多普勒引信的欺騙干擾。為了驗證該方法的有效性,設計了仿真實驗,仿真結果表明該方法產生的干擾信號滿足有效干擾脈沖多普勒引信的基本條件,基于DRFM的循環轉發干擾能夠有效干擾脈沖多普勒引信。

脈沖多普勒;引信;DRFM;干擾

0 引言

脈沖多普勒引信[1-2]具有脈沖和連續波兩種體制引信的優點,既可獲得距離信息和銳截止的距離特性,又可獲得速度信息,使之具有對抗地、海雜波和背景干擾能力及良好的低空作戰性能,在低平均功率情況下,可獲得高峰值功率的發射脈沖,使之具有對抗掃頻干擾能力[3],所以在各種導彈引信系統中得到了廣泛應用,如“蝮蛇”防空導彈、AIM-120中程空空導彈等均采用了脈沖多普勒體制引信[4]。

為了在現代戰爭中有效完成各種作戰任務必須借助于完善的電子戰系統,因此,如何對無線電引信進行有效干擾是電子對抗研究的一項重要內容[5]。文中以如何對脈沖多普勒引信進行有效欺騙干擾為重點,分析了成功干擾脈沖多普勒引信的條件,提出了基于數字射頻存儲器(DRFM)的循環轉發干擾的方法,并對其進行了仿真驗證。

1 脈沖多普勒引信基本工作原理

脈沖多普勒引信是應用多普勒效應工作的一種脈沖體制引信。脈沖多普勒引信按信號處理相干檢測方式可分為[6]:脈沖對脈沖相干檢測的脈沖多普勒引信和脈沖對連續被相干檢測的脈沖多普勒引信,其基本工作原理類似。下面以脈沖對連續被相干檢測的脈沖多普勒引信為例研究其工作原理,其基本組成如圖1所示。

2 脈沖多普勒引信有效干擾條件

引信干擾的最佳效果是對其進行欺騙式干擾使其早炸,通過對脈沖多普勒引信工作過程的分析,對其進行有效干擾時,干擾信號必須滿足以下條件:一是保證干擾信號能夠進入引信接收機的頻帶,即對載頻有一定的要求;二是要求干擾信號同引信的發射信號是相干的,這樣進入接收機的干擾信號才能經混頻

器變頻產生多普勒信號,使檢出的多普勒信號滿足引信啟動的要求;三是對干擾信號在時域有一定的要求,即要求接收的干擾信號必須落在距離門內,否則能量再大引信也不會啟動,即引信接收的干擾信號的延遲時間滿足如下條件:kT+τd1≤τj≤kT+τd2,其中,k∈N,T為引信脈沖重復周期,τd1、τd2為引信距離門的最小和最大延遲時間;四是信號能量應大于接收機靈敏度。在引信對抗時,載頻和能量要求一般較易滿足。對干擾方載頻和能量要求較易滿足,因此,如何使干擾信號進入距離門并獲得相干處理增益是設計干擾信號的重點。

圖1 脈沖多普勒引信原理框圖

3 基于DRFM的循環轉發干擾

由脈沖多普勒引信的有效干擾條件可知,一般轉發干擾或噪聲干擾對脈沖多普勒引信干擾難以奏效,若要有效干擾脈沖多普勒引信,必須對干擾信號的延時進行精確控制并保持相參。針對此要求,提出了基于DRFM的循環轉發干擾以對抗脈沖多普勒引信。DRFM可以實現射頻信號的相參復制存儲及轉發,存儲的信號可以重復多次讀出而不會影響信號的保真度,具有干擾樣式的多樣性和控制的靈活性等優點[7-8]。DRFM已成為現代電子對抗系統的重要組成部分。其基本結構如圖2所示。

圖2 DRFM基本結構圖

3.1 工作原理

干擾系統在接收到引信反射信號后,對其采樣存儲后,按照設定程序重復讀出當前存儲的信號并對存儲信號進行循環轉發,直至接收到新的引信信號并對存儲的采樣信號進行更新,然后對更新的采樣信號進行循環轉發,重復上述過程。這樣可以在引信的距離波門延時未知的情況下,利用脈沖多普勒引信的距離模糊保證干擾信號能夠進入引信的距離門,且由于DRFM可以對信號進行相參復制,各次存儲的信號間是相參的,因此,進入距離門的干擾信號是相參的,能夠獲得脈沖多普勒引信的相參處理增益。下面就干擾過程進行理論分析。

假設脈沖多普勒引信發射信號為:

(1)

式中:

不考慮相對運動引入的初始相位,干擾機接收到的引信信號為:

(2)

干擾機在接收到引信發射信號后,經過與系統本振混頻下變頻至基帶后,經A/D采樣存儲后按程序設定進行讀取,經D/A后并上變頻轉發輸出。因此,引信接收到的干擾信號可以表示為:

(3)

為了使干擾進入距離波門,需對干擾機接收的信號進行循環轉發,因此,達到引信接收端的信號可以表示為:

(4)

接收的回波信號經過與本振信號混頻后的輸出為:

(5)

式中：φn是由不同延時引起的常數相位因子,對多普勒信號的提取沒有影響。

由式(5)可以看出經引信相干解調的信號為不同延時的多普勒信號調幅的脈沖信號的疊加,因此,經循環延時的干擾信號只要有一次延時能進入引信的距離波門,則可以輸出經距離門采樣的多普勒信號,經多普勒信號處理后可以提取多普勒信息。當多普勒信號滿足引信要求時便可對引信形成欺騙干擾。

3.2 仿真分析

為驗證基于DRFM的循環轉發干擾能夠有效干擾脈沖多普勒引信,設計了仿真實驗對其進行驗證。仿真參數如下:脈沖多普勒引信的彈目相對運動引起的多普勒頻率為40 kHz,脈沖寬度為40 ns,脈沖重復周期為500 ns,引信作用距離為10 m。

到達引信接收端的干擾信號時域與頻域波形如圖3、圖4所示。由仿真結果可以看出,干擾信號同理論分析結果相同,且帶寬與引信發射信號匹配,能夠進入引信的接收頻帶。滿足脈沖多普勒引信有效干擾條件的載頻要求。

圖3 引信接收的干擾信號的波形圖

圖4 引信接收干擾信號的頻譜

干擾信號經相干解調并通過距離選通電路后輸出信號波形如圖5所示。由仿真結果可以看出,引信對干擾信號能夠正確相干解調,且只有符合距離延時要求的干擾信號被選通,因此,符合之前的分析無論干擾能量多大,只有進入引信預置的距離門才能形成干擾,引信對引信預置距離之外的信號沒有響應輸出。

圖5 經相干解調和距離選通后輸出的干擾信號波形

經距離選通和多普勒濾波器組對引信接收的干擾信號處理后的距離延時-多普勒二維譜如圖6所示。從仿真結果可知,干擾信號在引信預置的作用距離相對應的延時和多普勒頻率處有足夠輸出,說明干擾信號能夠突破引信的距離選通,且獲得引信的相干處理增益,滿足脈沖多普勒引信的距離和速度選擇要求,只要保證足夠的干擾能量就能對引信形成有效干擾,因此,基于DRFM的循環轉發干擾是對抗脈沖多普勒引信的有效方法。

圖6 干擾信號作用下的距離延時-多普勒二維譜

4 結論

由于脈沖多普勒引信具有抗轉發干擾和噪聲干擾的特性,在分析脈沖多普勒引信的有效干擾條件的基礎上,采用了基于DRFM的循環轉發干擾對脈沖多普勒引信進行干擾時,該方法能夠在距離和速度上對脈沖多普勒引信產生欺騙干擾效果。仿真實驗驗證了脈沖多普勒引信有效干擾條件是判斷干擾是否有效的基本條件,基于DRFM的循環轉發干擾是對脈沖多普勒引信進行欺騙干擾的有效手段。

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Research on Circular-repeater Jamming Based on Digital Radio Frequency Memory Countering Pulse Doppler Fuze

SUI Jian,LI Guolin,YIN Hongwei

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Shandong Yantai 264001, China)

In order to counter PD fuze with excellent anti-jamming performance, the basic working principle was analyzed. on the basis of the analysis, essential conditions of jamming PD fuze were determined. Based on the essential conditions, the circular-repeater jamming technique based on digital radio frequency memory (DRFM) was presented in order to jam PD fuze. In order to verify effectiveness of the approach, simulation was designed. The results of simulation demonstrate that the jamming signal based on this technique could satisfy the essential conditions, and the circular-repeater jamming technique based on DRFM countering PD fuze is valid.

pulse Doppler; fuze; DRFM; jamming

2014-01-09

國家自然科學基金(61002006)資助

隋鑒(1983-),男,山東龍口人,助理工程師,博士研究生,研究方向:電子對抗。

TN972

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