導(dǎo)前與靈巧噪聲組合干擾樣式研究

邵微笑，游福初，王 森，李 亮

（中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第303研究所，北京 100074）

0 引 言

現(xiàn)代新體制雷達(dá)普遍采用了抗干擾波形設(shè)計(jì)，使雷達(dá)在各種復(fù)雜雜波和人為噪聲干擾的情況下仍然具有良好的檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)的能力，因而，傳統(tǒng)的干擾形式已經(jīng)難以對(duì)付新體制雷達(dá)以及靈活多變的抗干擾措施，這給雷達(dá)干擾技術(shù)的研究提出了新課題。靈巧噪聲干擾正是在這種情況下出現(xiàn)的新式干擾方式之一。靈巧干擾是在雷達(dá)信號(hào)基礎(chǔ)上調(diào)制產(chǎn)生的，因而可以獲得部分雷達(dá)接收機(jī)的匹配濾波增益，與傳統(tǒng)干擾方式相比，在同樣的干擾功率下可以達(dá)到更好的干擾效果。

然而經(jīng)過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，靈巧噪聲干擾雖然兼有欺騙干擾與壓制干擾的特點(diǎn)，但是其產(chǎn)生的干擾信號(hào)都滯后于真實(shí)回波信號(hào)，若采用脈沖前沿跟蹤，很容易被識(shí)別出。而針對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)，間歇采樣干擾和移頻干擾都可以產(chǎn)生導(dǎo)前的干擾效果。

文獻(xiàn)［1］～［2］對(duì)靈巧干擾本質(zhì)含義及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)［3］對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)進(jìn)行了靈巧噪聲干擾研究；文獻(xiàn)［4］對(duì)卷積調(diào)制靈巧噪聲、數(shù)字多時(shí)延靈巧噪聲和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真分析和說(shuō)明；文獻(xiàn)［5］在基于線(xiàn)性調(diào)頻脈壓信號(hào)在時(shí)間和多普勒頻率間存在強(qiáng)耦合的基礎(chǔ)上，提出用移頻干擾實(shí)現(xiàn)欺騙干擾的方法；文獻(xiàn)［6］提出了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，并分析了此種方法對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的干擾效果；文獻(xiàn)［7］分析了相位編碼雷達(dá)信號(hào)的特點(diǎn)，然后通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證的方式研究部分復(fù)制干擾、移頻干擾對(duì)其的干擾效果。

本文根據(jù)脈沖壓縮體制雷達(dá)的信號(hào)處理特點(diǎn)，將靈巧干擾與導(dǎo)前干擾2種方法相結(jié)合，分析間歇采樣靈巧干擾與移頻靈巧干擾的原理以及作用機(jī)理，并進(jìn)行Matlab仿真驗(yàn)證。由于雷達(dá)信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)直至調(diào)制的干擾信號(hào)輸出需要一定的處理時(shí)間，導(dǎo)致干擾信號(hào)必定滯后于真實(shí)回波信號(hào)，典型的滯后時(shí)間為0.5～1μs，本文的仿真中設(shè)定為0.5μs。

1 2種脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)的數(shù)學(xué)模型

（1）線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)

式中：f0為載波頻率；T為脈沖寬度；K＝B／T為信號(hào)的調(diào)頻斜率；rect（t／T）為矩形函數(shù)；u（t）＝為信號(hào)的復(fù)包絡(luò)。

線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)具有以下特點(diǎn)：

（a）具有近似矩形的幅頻特性；

（b）具有平方律的相位特性。

線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的頻譜和脈壓結(jié)果如圖1所示。

圖1 線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)頻譜與脈壓輸出

線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)也稱(chēng)為Chirp信號(hào)，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（2）相位編碼信號(hào)

相位編碼信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為：

式中：a（t）為矩形包絡(luò)函數(shù)；φ（t）為相位調(diào)制函數(shù)；f0為載波頻率。

相位編碼信號(hào)是用一定的碼字序列對(duì)載頻信號(hào)相位進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的。調(diào)制的編碼序列一般為偽隨機(jī)序列，并要求其自相關(guān)性好，距離旁瓣低。以二相編碼為例，φ（t）只有0或π2個(gè)可能取值，用二進(jìn)制序列表示為 ｛ck＝ejφ（k）＝＋1，－1｝，則N位碼元的二相編碼信號(hào)可寫(xiě)為：

二相編碼信號(hào)具有以下特點(diǎn)：

（1）功率譜與碼元的功率譜基本相同；

（2）帶寬與子脈沖帶寬相近。

相位編碼信號(hào)中，偽隨機(jī)序列——巴克碼應(yīng)用最為普遍，巴克碼序列為 ｛＋1，＋1，＋1，＋1，＋1，－1，－1，＋1，＋1，－1，＋1，－1，＋1｝，主旁瓣比為22.2 dB。然而巴克碼最長(zhǎng)只有13位，長(zhǎng)度太短，因此本文選用13×13組合巴克碼來(lái)增加它的使用長(zhǎng)度，頻譜和匹配濾波結(jié)果如圖2所示。

圖2 13×13組合巴克碼信號(hào)頻譜與脈壓輸出

從圖2（b）中可以看出，13×13組合巴克碼信號(hào)的主旁瓣比也為22.2 d B。

2 導(dǎo)前干擾

（1）間歇采樣干擾

間歇采樣干擾就是干擾機(jī)在滿(mǎn)足奈奎斯特采樣定律的情況下，先接收并采樣一段信號(hào)存儲(chǔ)在數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）里，然后放大并轉(zhuǎn)發(fā)，再接收采樣，再轉(zhuǎn)發(fā)，如此收發(fā)分時(shí)、采樣和轉(zhuǎn)發(fā)交替工作直至雷達(dá)脈沖信號(hào)結(jié)束，如圖3所示。

假設(shè)采樣信號(hào)p（t）是一個(gè)脈寬為τ、重復(fù)周期為T(mén)s（重復(fù)頻率為fs）的矩形包絡(luò)脈沖串，包絡(luò)脈沖p（t）為：對(duì)進(jìn)入干擾設(shè)備接收機(jī)的雷達(dá)信號(hào)s（t）進(jìn)行間歇采樣，得到間歇采樣干擾信號(hào)：

圖3 脈壓信號(hào)間歇采樣干擾效果圖

干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)接收機(jī)的匹配濾波器h（t）后，得到輸出信號(hào)：

由上式可得，干擾信號(hào)輸出由兩部分組成：其中第1項(xiàng)為主假目標(biāo)，除一個(gè)幅度系數(shù)外，與目標(biāo)回波具有完全相同的形式；第二部分是一個(gè)求和式，表明干擾信號(hào)出現(xiàn)了假目標(biāo)群的效果，這是由于采樣脈沖的各次諧波對(duì)原信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制，把雷達(dá)信號(hào)s（t）的頻譜搬移到了p（t）的各次諧波處，且幅度與sin（πnf sτ）有關(guān)，當(dāng)nf sτ為整數(shù)時(shí)，頻譜幅度為0。

圖3為對(duì)2種脈沖壓縮信號(hào)進(jìn)行間歇采樣仿真的效果圖，從中可以看出，若雷達(dá)信號(hào)為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，利用線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)頻移和時(shí)延之間的強(qiáng)耦合性，經(jīng)過(guò)脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后，在時(shí)域上就會(huì)形成多個(gè)徑向分布的不同幅度的假目標(biāo)群，可達(dá)到導(dǎo)前效果，并且主假目標(biāo)的幅度比真實(shí)目標(biāo)小3 d B，其它假目標(biāo)幅度快速衰減；而當(dāng)雷達(dá)信號(hào)為二相編碼信號(hào)時(shí)，與線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)類(lèi)似，在時(shí)域上產(chǎn)生一系列對(duì)稱(chēng)分布于真實(shí)目標(biāo)前后的假目標(biāo)群，且主假目標(biāo)的幅值比真實(shí)目標(biāo)回波小4.5 d B，導(dǎo)前假目標(biāo)出現(xiàn)在20μs處，幅值比真實(shí)目標(biāo)回波小12.6 dB，干擾功率集中在主假目標(biāo)上。

（2）移頻干擾

脈沖壓縮信號(hào)的時(shí)延τ和頻移f d存在著一定關(guān)系，如果雷達(dá)信號(hào)在頻率上變化了Δf d，那么時(shí)間上就存在一個(gè)Δτ的變化量。因此，如果干擾機(jī)主動(dòng)將截獲到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行移頻調(diào)制處理后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，當(dāng)雷達(dá)接收機(jī)對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮時(shí)，會(huì)在距離上產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，若進(jìn)行多次移頻調(diào)制，則可以產(chǎn)生多個(gè)窄脈沖，這樣雷達(dá)接收機(jī)就無(wú)法判別真實(shí)信號(hào)的位置，進(jìn)而達(dá)到迷惑干擾雷達(dá)系統(tǒng)，癱瘓雷達(dá)探測(cè)能力的目的。圖4為對(duì)2種脈沖壓縮信號(hào)進(jìn)行移頻干擾仿真的效果圖。

圖4 脈壓信號(hào)移頻干擾效果圖

其中圖4（a）為對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行移頻干擾，設(shè)定了3個(gè)移頻量，其中導(dǎo)前假目標(biāo)1對(duì)應(yīng)的移頻量為＋1 MHz，導(dǎo)前假目標(biāo)2對(duì)應(yīng)的移頻量為＋0.5 MHz，它們?cè)跁r(shí)域上都出現(xiàn)于真實(shí)目標(biāo)回波之前；最右邊是移頻量為－0.5 MHz的滯后假目標(biāo)，出現(xiàn)在真實(shí)目標(biāo)回波之后。3個(gè)假目標(biāo)的幅度都比真實(shí)目標(biāo)回波小，這是由于移頻后的雷達(dá)回波信號(hào)與匹配濾波器不再完全匹配，所以導(dǎo)致脈壓輸出信號(hào)幅度減小，并且移頻量的增加會(huì)減小干擾功率。

圖4（b）為對(duì)二相編碼信號(hào)進(jìn)行移頻干擾，脈壓結(jié)果輸出假目標(biāo)群，分布在真實(shí)信號(hào)兩側(cè)。這是因?yàn)橄辔痪幋a信號(hào)對(duì)多普勒頻移較敏感，不存在時(shí)間與多普勒頻率的強(qiáng)耦合性，其干擾效果表現(xiàn)為使脈壓主瓣和旁瓣結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分裂為2個(gè)甚至多個(gè)脈沖，從而影響距離分辨力。

3 靈巧噪聲干擾

靈巧噪聲干擾就是使用假目標(biāo)脈沖和隨機(jī)噪聲組合的方法，既可利用欺騙干擾的特性使得干擾信號(hào)能夠順利進(jìn)入敵方雷達(dá)，消除它對(duì)普通噪聲干擾的處理增益，又比純欺騙性干擾具有更好的干擾效果。本文選取噪聲卷積調(diào)制的靈巧噪聲干擾方式進(jìn)行分析。

設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為s（t），高斯白噪聲信號(hào)為n（t），進(jìn)行卷積調(diào)制，得到輸出靈巧噪聲干擾信號(hào)為：

匹配濾波器的響應(yīng)函數(shù)為s＊（－t），則干擾信號(hào)脈壓后的輸出為：

設(shè)jr（t）、s（t）、n（t）的頻譜分別為Jr（ω）、S（ω）、N（ω），時(shí)域卷積對(duì)應(yīng)頻域的乘積運(yùn)算，則干擾信號(hào)匹配濾波后的頻譜函數(shù)為：

任一函數(shù)與點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)卷積，都可獲得脈沖壓縮處理增益。因此，高斯白噪聲n（t）卷積調(diào)制的干擾信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)經(jīng)過(guò)匹配濾波后，也可獲得較大的處理增益，干擾利用率較高，可在時(shí)域上對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)實(shí)施噪聲遮蓋干擾。

從圖5可以看出，對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)以及二相編碼信號(hào)實(shí)施靈巧噪聲干擾時(shí)，在匹配濾波后出現(xiàn)了壓制干擾的特性，部分干擾信號(hào)的幅度已大于真實(shí)目標(biāo)回波的幅度，并且干擾信號(hào)隨機(jī)變化，無(wú)規(guī)律，不易被識(shí)別，能很好地遮蓋住真實(shí)目標(biāo)回波。缺點(diǎn)是由于干擾機(jī)處理需要一定的時(shí)間，導(dǎo)致干擾信號(hào)都出現(xiàn)在真實(shí)回波信號(hào)之后。

4 導(dǎo)前靈巧噪聲干擾

通過(guò)第3節(jié)的分析，靈巧噪聲干擾雖然產(chǎn)生了遮蓋性干擾的效果，但是干擾信號(hào)只是出現(xiàn)在原信號(hào)時(shí)間點(diǎn)以后，在時(shí)域上是滯后的，若雷達(dá)采用脈沖前沿跟蹤，就很容易被識(shí)別。因此，結(jié)合第2節(jié)中可產(chǎn)生導(dǎo)前效果的2種干擾方法，提出間歇采樣靈巧噪聲和移頻靈巧噪聲。

（1）間歇采樣靈巧噪聲干擾

設(shè)置對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)間歇采樣頻率為1.2 MHz，對(duì)二相編碼信號(hào)的間歇采樣周期為7.8μs，占空比都為0.5，如圖6所示。

圖5 線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)靈巧噪聲干擾脈壓輸出

圖6 線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)間歇采樣靈巧噪聲脈壓輸出

由圖6可見(jiàn)，部分干擾信號(hào)已超前于真實(shí)目標(biāo)信號(hào)，并且由高斯白噪聲所產(chǎn)生的噪聲壓制效果也使得真實(shí)目標(biāo)回波不能輕易被對(duì)方雷達(dá)識(shí)別出來(lái)。

綜上所述，與單一的間歇采樣或者靈巧噪聲干擾相比，將發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)先進(jìn)行間歇采樣，然后再與高斯白噪聲信號(hào)進(jìn)行卷積調(diào)制，所產(chǎn)生的導(dǎo)前加遮蓋干擾的效果更能欺騙對(duì)方雷達(dá)。

（2）移頻靈巧噪聲干擾

將移頻量都設(shè)置為＋1.5 MHz，其他參數(shù)設(shè)置同第2節(jié)，如圖7所示。

圖7 線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)移頻靈巧噪聲干擾脈壓輸出

從圖7可以看出，跟間歇采樣靈巧噪聲干擾效果類(lèi)似，部分干擾信號(hào)也已經(jīng)超前于真實(shí)目標(biāo)信號(hào)，并且幅度各不相同，無(wú)規(guī)律，可以產(chǎn)生較好的欺騙導(dǎo)前壓制的干擾效果。不同的是，由于相位編碼信號(hào)對(duì)多普勒頻移的敏感性，導(dǎo)前范圍有限制，與子脈沖寬度及載波頻率有關(guān)。

5 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)前靈巧噪聲干擾兼有欺騙干擾和噪聲干擾的特性，既能對(duì)抗脈沖前沿跟蹤技術(shù)，也能遮蓋住真實(shí)目標(biāo)回波，使敵方雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)，并且噪聲卷積調(diào)制靈巧干擾具備很強(qiáng)的信號(hào)適應(yīng)性和干擾靈活性，可根據(jù)雷達(dá)信號(hào)特點(diǎn)靈活選擇調(diào)制方式，以獲取雷達(dá)匹配濾波增益或?qū)嵤└呔日瓗轭l阻塞。針對(duì)現(xiàn)今較為普遍應(yīng)用的脈沖壓縮雷達(dá)，導(dǎo)前靈巧噪聲干擾可以對(duì)其產(chǎn)生有效的干擾，這也是電子對(duì)抗領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向，本文的分析結(jié)果可為自衛(wèi)干擾機(jī)總體設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。

［1］邱杰.靈巧噪聲干擾本質(zhì)含義探討［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（5）：481－484.

［2］邱杰，邱麗原.靈巧噪聲干擾本質(zhì)及相關(guān)基本問(wèn)題探討［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2012，40（3）：132－136.

［3］湯禮建，黃建沖.對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻脈壓雷達(dá)的靈巧噪聲干擾研究［J］.電子對(duì)抗，2008（1）：14－17.

［4］喬安哲.靈巧噪聲干擾效能仿真［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2011.

［5］楊紹全，張正明.對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻脈壓雷達(dá)的干擾［J］.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，18（3）：24－30.

［6］王雪松，劉建成.間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的數(shù)學(xué)原理［J］.中國(guó)科學(xué)，2006，36（8）：891－901.

［7］盛建鋒.相位編碼雷達(dá)信號(hào)處理及其性能分析［D］.南京：南京理工大學(xué)，2004.