多假目標對雷達導引頭干擾效果分析與仿真

辛增獻， 陳 煦， 鄧 春， 胡 安

（上海無線電設備研究所，上海200090）

0 概述

現代戰爭中，敵我雙方通過施放各種壓制式或欺騙式干擾，以達到減弱對方雷達探測能力的目的。隨著數字儲頻（DRFM）技術的應用，欺騙式有源干擾越來越逼真，應用越來越廣泛，多假目標有源干擾是常見的欺騙式干擾方式，干擾機通過對得到的雷達信號進行復制、調制、延時等處理后轉發，在距離維和速度維上形成多個虛假目標，影響雷達對真實目標檢測。根據雷達信號形式，可采用不同的干擾方式，以獲得最佳的干擾效果［1］。例如：對脈寬較寬的雷達信號，采用截取轉發的方式；對于脈寬較窄的雷達信號，采用復制轉發或復制疊加轉發的方式。本文介紹幾種常見的多假目標干擾產生方式，并分別對不同雷達信號形式的干擾效果進行分析和仿真。

1 多假目標干擾產生機理和工作方式

數字儲頻技術可以實現對雷達信號的采集存儲和復制轉發能夠完全復現雷達信號形式，因此數字儲頻技術在干擾系統中得到廣泛的應用［2］。數字儲頻式干擾機的原理框圖如圖1所示。

圖1 數字儲頻式干擾機原理框圖

圖1中，干擾機接收雷達導引頭照射信號，進行下變頻處理和模數轉換（A／D）后，形成數字中頻信號并存儲到大容量存儲器，控制器對數字信號進行復制、延時等處理，然后進行數模轉換形成模擬中頻信號，對模擬中頻信號進行調制處理后，經過上變頻形成射頻信號，通過發射天線輻射到空間，形成了距離和速度維上的多假目標干擾。

以線性調頻信號形式為例，介紹數字儲頻技術如何生成多假目標信號。

干擾機接收天線接收到的單個脈沖的信號可表示為

經過下變頻處理后得到中頻信號：

式中：f0為信號頻率；f1為中頻頻率；k為脈內調制斜率。

中頻信號經過模數轉換后形成數字信號，并存儲到大容量存儲器中。控制器按照一定延時τ讀取數字信號，并通過數模轉換器形成中頻模擬信號，對中頻信號進行頻率調制后，通過上變頻器形成射頻信號：

可見干優信號和接收信號完全相參，兩者存在一定的時間延時和頻率偏差，在不同的速度維和距離單元形成了虛假信號。在控制器作用下，多次讀取并轉發就形成了多個虛假目標信號。

由于干擾機尺寸有限，收發天線之間的通道隔離成為制約收發同步的主要問題，因此干擾機通常采用收發分時的工作模式。本文針對收發分時多假目標干擾進行論述。

為了真實的復現雷達導引頭信號，必須完成一個整脈沖的采集、存儲、復制和轉發工作，這種工作方式，對于窄脈沖雷達導引頭信號而言比較有效，但對于寬脈沖信號而言，復制轉發需要較長的時間，實時性較差。因此針對不同的雷達導引頭信號形式，干擾機采用不同的工作方式，產生多假目標干擾，以達到最優的干擾效果，常見的干擾機工作方式分別為復制存儲轉發方式、復制存儲疊加轉發方式和截取轉發方式。

（1）復制存儲轉發方式

復制存儲轉發方式工作示意圖如圖2所示。

圖2 復制轉發干擾示意圖

干擾機收到一個完整的雷達導引頭信號脈沖后，開始復制轉發，第一個脈沖轉發完成后，開始轉發第二個脈沖，依次類推形成多個假目標干擾。若雷達導引頭信號為窄脈沖信號，則容易形成多假目標干擾，若雷達導引頭信號為寬脈沖信號，則干擾效果不佳。

（2）復制存儲疊加轉發方式

復制存儲疊加轉發工作方式示意圖如圖3所示，示意圖只是對疊加方式的時序關系進行了描述，疊加引起的幅度起伏沒有涉及。

圖3 復制存儲疊加轉發干擾示意圖

干擾機對得到雷達導引頭信號在時域上進行延時復制疊加，延時要小于雷達導引頭信號脈沖寬度。疊加轉發可以形成更為密集的多假目標干擾，但由于干擾機的發射功率所限，每一個假目標的功率將會降低。

（3）截取轉發方式

截取轉發方式工作示意圖如圖4所示。

圖4 截取轉發干擾示意圖

干擾機截取脈沖信號的一部分進行連續轉發，形成多假目標干擾。由于只是截取了脈沖的一部分，很難形成相參干擾。

圖2～圖4 中，復制存儲轉發工作方式產生的假目標干擾相對真實目標有一個完整信號脈沖的延時；復制存儲疊加轉發干擾方式相對真實目標有一個完整信號脈沖的延時，但假目標更為密集；截取轉發干擾方式產生的多假目標干擾有一定的同步干擾效果，但不能復現真實目標信號。

不同的信號形式的處理方法不同，低重頻脈沖信號形式的脈沖間隔時間較長，機動目標在間斷時間引起的頻率和相對距離的變化，使低重頻信號很難實現脈間積累，因此低重頻信號通常采用寬脈沖+脈內調制的信號形式，采取單脈沖信號處理方法；高重頻和中重頻脈沖信號的間斷時間較短，目標機動引起的頻率和相對距離變化不易跨越速度分辨單元和距離分辨單元，為了獲得較高信噪比，中／高重頻脈沖信號通常采用脈間積累信號處理方法［3］。

前面提到，不同的信號形式，干擾機需要采用不同的工作方式才能夠獲得最佳的干擾效果，下面分別對低重頻脈沖導引頭和中／高重頻脈沖導引頭的多假目標干擾效果進行分析和仿真［3］。

2 對低重頻脈沖信號導引頭干擾效果分析和仿真

以低重頻線性調頻脈沖信號為例，分析不同多假目標工作方式對雷達導引頭信號檢測的影響。單周期低重頻線性調頻脈沖信號由式（1）表示。

復制轉發、復制疊加轉發和截取復制轉發三種工作方式產生的干擾模型形式分別如式（4）、式（5）和式（6）。

式（4）為復制轉發工作方式產生的干擾表達式，其中N 為假目標個數；式（5）為復制疊加轉發工作方式產生的干擾表達式，其中τ1為疊加周期，τ1＜τ；式（6）為截取復制轉發工作方式產生的干擾表達式，τ2為截取的時間和轉發周期。

低重頻線性調頻脈沖信號需要進行脈沖壓縮處理以獲得較高的距離分辨力，脈沖壓縮可采用匹配濾波器實現。

信號的匹配濾波器的幅頻特性是信號頻譜的復共軛，對采集到的信號進行匹配濾波處理就可以得到脈沖壓縮后的信號。

導引頭對三種干擾產生方式形成的干擾，經過匹配濾波處理處理結果表示為式（7）、式（8）和式（9）

式（7）中復制轉發干擾經過匹配濾波后形成多個sinc函數波形，信號波形與雷達信號經過匹配濾波后的波形相同，匹配濾波得到的增益改善也相同，只是相對目標信號有一定的時間延遲，最近的干擾脈沖的時間延時為τ，對應的距離為cτ／2。對于寬脈沖而言，相距較遠干擾效果較差。

式（8）中復制疊加轉發干擾形成的干擾經過匹配濾波器之后同樣形成多個sinc函數波形，且干擾之間的間隔為τ1，相對復制轉發要小，但第一個干擾相對目標遲后時間為τ，且由于多個干擾疊加發射，在發射機功率一定的情況下，每個干擾的功率將被平分，當N 個干擾信號同時存在時，每個干擾信號功率為發射功率的1／N。

式（9）中截取復制轉發工作方式產生的干擾相對目標信號的時間延遲較小，落在導引頭距離搜索范圍內，形成假目標干擾，但截取轉發會帶來一定的匹配失配能量損失和波形展寬。

（1）截取復制轉發式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號形式：信號脈寬200μs，信號帶寬2 MHz，截取脈寬10μs，轉發周期10 μs。

圖5中，截取復制轉發形成的干擾相對真實目標信號時間延遲較小，接近同步干擾，經過雷達導引頭脈沖壓縮處理后相對真實目標的距離相差在3km 左右，影響低重頻雷達導引頭對真實目標的判斷。

從脈沖壓縮結果看，由于只是截取了目標信號的一部分，經過脈沖壓縮后，假目標干擾的壓縮增益是真實目標壓縮增益的1／20。

圖5 截取復制轉發對低重頻雷達信號干擾仿真

（2）復制存儲轉發式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號形式：信號脈寬200μs，信號帶寬2 MHz，轉發間隔10μs，假目標個數5個。

圖6中，復制存儲轉發干擾經過導引頭脈沖壓縮處理后，形成的多假目標干擾在距離上相對真實目標相差最小63km，對低重頻雷達導引頭不構成干擾。

（3）復制疊加轉發式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號形式：信號脈寬200μs，信號帶寬2 MHz，疊加間隔10μs，假目標個數10個。

圖7中，復制疊加轉發能夠在較小的距離范圍內產生多個假目標，但和真實目標最小的距離相差63km，對低重頻雷達導引頭不構成干擾。

圖6 復制存儲轉發對低重頻雷達信號干擾仿真

從上面仿真結果來看，復制轉發和復制疊加轉發對寬脈沖單周期處理的雷達信號干擾效果有限，截取轉發可以在較小的距離單元內產生多個虛假目標，對雷達導引頭的目標檢測造成干擾。

3 對中／高重頻脈沖信號導引頭干擾效果分析和仿真

中／高重頻脈沖信號可以看成多個單周期脈沖信號的集合，中／高重頻脈沖信號的脈沖寬度較窄，重復周期較短，通常采用脈間積累的方式進行相參處理，以獲得高的信噪比。

中／高重頻脈沖信號結合脈內調制，可以得到較高的距離分辨力，在對付機動目標時，通過時頻二維檢測方法，可以同時得到目標的速度和距離信息。中／高重頻脈沖多普勒信號是脈沖雷達導引頭最常見的信號形式。

圖7 復制疊加轉發對低重頻雷達信號干擾仿真

以中重頻脈內線性調頻信號為例，介紹信號的處理過程。

中重頻脈內線性調頻信號可以表示為［4］

式中：repT［x（t）］為重復算子，表示以T 為周期將x（t）無窮重復；rect為脈沖調制函數；τ為回波延遲函數。

導引頭對接收到的信號進行脈沖壓縮，再按照距離門在脈沖間進行數據抽取，最后形成二維數組如式（11），數組的每一行表示某距離單元的數據，列代表不同的距離單元。

對每一距離單元（每一行）的數據進行FFT運算，可以得到表征速度和距離信息的二維數組如式（12）。

通過搜索二維數組的最大值，得到目標所在的行和列號，進而得到目標的速度和距離參數。

中／高重頻雷達信號的子脈沖寬度較窄，干擾機容易得到完整子脈沖，經過復制轉發和復制疊加轉發可以在多個距離單元和速度單元產生多假目標干擾，由于導引頭采用脈間數據抽取的方法，干擾信號會隨機分布；而截取轉發的工作方式產生的干擾信號，通過脈間信號抽取處理后，干擾信號分散到不同的距離單元，干擾效果有限。另外，由于中重頻脈沖導引頭進行速度信息的提取，干擾機產生的速度維欺騙將產生效果。

（1）復制轉發式干擾仿真

中／高重頻脈沖壓縮信號形式：復制轉發多假目標：脈沖寬度5μs，重復周期50μs，帶寬2 MHz，假目標個數10個。

圖8中，復制轉發干擾在不同距離和速度單元產生多個虛假目標，影響了雷達導引頭的目標檢測。

圖8 復制轉發方式對中／高重頻雷達導引頭干擾仿真

（2）復制疊加轉發式仿真

復制疊加轉發多目標干擾：脈沖寬度5μs，重復周期50μs，帶寬2 MHz，假目標個數20 個，復制轉發間隔2μs。

圖9中，復制疊加轉發干擾產生的多假目標在速度和距離維更為集中，對雷達導引頭的干擾效果更佳。

圖9 復制疊加轉發方式對中／高重頻雷達導引頭干擾仿真

（3）截取轉發式干擾仿真

截取連續轉發：脈沖寬度5μs，重復周期50μs，帶寬2 MHz，截取時間10μs。

圖10中，由于截取轉發周期和信號周期不同步，經過導引頭數據重排、FFT 等處理后，假目標被分散到各個距離單元，對雷達導引頭起不到多假目標的干擾效果，但噪聲基底會被抬高。

圖10 截取轉發方式對中／高重頻雷達導引頭干擾仿真

從仿真結果來看，對中／高重頻雷達信號，復制轉發和復制疊加轉發干擾可以在不同距離單元和速度維產生較強的干擾，截取轉發干擾由于和照射周期不同步，干擾經過脈沖壓縮和脈間積累后，多假目標能量被分散到不同的距離和速度單元，多假目標干擾效果不佳。

4 結論

本文介紹了多假目標干擾的工作方式，并分別對低重頻脈沖雷達導引頭和中／高重頻脈沖雷達導引頭的干擾效果進行了分析和仿真。復制存儲轉發和復制存儲疊加轉發工作方式適用于中／高重頻脈沖雷達導引頭；截取轉發工作方式對低重頻脈沖雷達導引頭干擾效果更佳。

從分析和仿真結果可以得到，干擾機若要對不同信號形式的雷達導引頭產生最佳干擾效果，需要被動地切換工作方式，可見從導引頭抗多假目標干擾的角度出發，導引頭主動在低重頻和中／高重頻間切換工作方式，可以提高導引頭抗多假目標的能力。

［1］ 趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1999.

［2］ 劉忠.基于DRFM 的線性調頻脈壓雷達干擾新技術［D］.長沙：國防科技大學研究生院，2006：45-60.

［3］ 穆虹，等.防空導彈雷達導引頭設計［M］.北京：宇航出版社，1996.

［4］ 高烽.多普勒雷達導引頭信號處理技術［M］.北京：國防工業出版社，2001.