一種多域復合調制的雷達靈巧干擾新方法?

宮 健,金虎兵,郭藝奪

(1.西安電子科技大學,陜西西安710071;2.空軍工程大學,陜西西安710051;3.解放軍95890部隊,湖北武漢430030)

0 引言

靈巧干擾是在傳統壓制干擾和欺騙干擾的有效性受到挑戰的背景下提出的一種新型干擾[1-6],通常在雷達中心頻率附近發射多個時域上與真實目標回波重疊,并且覆蓋住目標回波的猝發脈沖來實現[7-10]。目前,具有大時寬帶寬積和復雜脈內調制規律的脈沖壓縮波形已廣泛應用于各種雷達。因此,針對脈沖壓縮雷達的信號處理特點,設計出一種新的干擾方法,使其既能獲得匹配處理增益,又能達到兼備壓制干擾和欺騙干擾的“隱真示假”的目的,這是新型電子對抗系統探索和設計中的關鍵問題,具有重要的理論意義和工程價值。

1 LFM信號的匹配濾波處理

1.1 LFM信號及頻譜

設線性調頻脈沖壓縮雷達發射信號為

式中,T為脈沖寬度,μ=B/T為調頻斜率,B為調頻帶寬。

當BT?1時,s(t)的頻譜為

線性調頻信號壓縮比BT越大,幅頻特性越接近于矩形函數,信號頻寬近似等于信號的調頻帶寬B,當BT?1時,線性調頻脈沖的相位譜具有平方律特性。

1.2 LFM信號的匹配濾波

線性調頻脈沖的匹配濾波器的頻率響應為

式中,k為壓縮濾波器增益,t0為壓縮濾波器物理實現所需延遲。

為便于理論分析,令t0=0,則線性調頻信號匹配濾波器輸出的時域信號經包絡檢波后為

線性調頻脈沖壓縮輸出是一個具有辛克包絡的單載頻信號,在t=0時刻輸出達到最大值主瓣寬度為1/B。

2 時域噪聲卷積干擾原理

2.1 干擾基本原理

設雷達點目標的響應函數為p(t),則目標回波可表示為

假設噪聲信號為n(t),則干擾機發射信號為

因為匹配濾波器的響應函數為s?(-t),所以目標回波與干擾信號同時經過脈沖壓縮后的輸出為

將式(5)、式(6)代入式(7),可得

設y(t),p(t),n(t)和s(t)的頻譜分別為Y(f),P(f),N(f)和S(f),則

Y(f)對應的時域輸出即為

式中,F-1表示逆傅里葉變換,F-1(|S(f)|2)表示點擴展函數。由于n(t)與點擴展函數卷積能獲得壓縮增益,使得較小的干擾功率就能產生較好的干擾效果,干擾功率利用率比較高。這種方法得到的干擾總能自動瞄準信號頻率,且干擾帶寬大致等于信號帶寬,干擾能量進入雷達接收機之后幾乎被全部利用,干擾效率很高。

2.2 干擾效果仿真

仿真參數設置為時寬τ=20μs,帶寬B=20 M Hz,采樣頻率fs=100 M Hz,n(t)取均值為0,方差為1,時長為8μs的高斯白噪聲,則仿真結果如圖1所示。

可見,回波的主峰完全被淹沒在噪聲中,干擾效果較好。圖1(c)中噪聲對主峰的有效壓制區域集中在8μs區域,噪聲的有效壓制長度和參與卷積的噪聲長度相同,在干擾能量方面,卷積噪聲干擾可以采用較少的能量就能獲得較好的干擾效果。

圖1 時域噪聲卷積干擾

3 頻域固定偏移干擾原理

3.1 干擾基本原理

固定移頻干擾信號為

式中,fj為干擾信號相對于回波信號的頻移量,T為線性調頻脈沖寬度。

對J(t)作傅里葉變換得到頻譜為

干擾信號經脈壓網絡后的輸出:

固定移頻干擾脈沖壓縮輸出是一個具有辛克包絡的單載頻信號,在t=-fj/μ時刻輸出達到最大值,-4 dB主瓣寬度為1/(B-|fj|)。

3.2 干擾效果仿真

圖2(b),(d)為頻域固定偏移干擾脈壓輸出,真實目標位于t=0μs,右側假目標位于t=10μs,fj1=-10 M Hz,左側假目標位于t=-15μs,fj2=5 M Hz。固定移頻干擾輸出峰值位置的移動到t=-fj/μ處,因此通過調整頻率偏移量的大小可抵消掉轉發延遲的消極影響,形成時域超前的顯著假目標。

圖2 頻域固定偏移干擾

4 多域復合調制的靈巧干擾

4.1 干擾基本原理

根據上面的公式和仿真結果可以看出,時域的噪聲卷積干擾可以形成較好的壓制效果,但是沒有顯著的欺騙干擾能力;頻域的固定偏移干擾可以形成假目標干擾,但是沒有壓制干擾的能力;頻域的固定偏移干擾輸出峰值降低為原信號脈壓后幅值的(1-|fj|/B),假目標的顯著性不高。因此要想實現兼備壓制干擾和欺騙干擾的目標,應當采用多域復合調制的手段,通過對接收雷達信號在時域上的噪聲卷積、頻域上的固定偏移和功率域上的增益控制達到“隱真示假”的效果,具體實現方式如圖3所示。

圖3 頻域固定偏移干擾

4.2 干擾效果仿真

仿真參數設置為fj=15 M Hz,時域通道的功率增益調制為-2 d B,頻域通道的功率增益調制為10 dB,雷達發射信號參數和采樣頻率不變,則仿真結果如圖4所示。

圖4 多域復合調制干擾“隱真示假”效果

由仿真結果可知,多域復合調制靈巧干擾可以形成一個遠高于目標回波幅度的假目標,以及一定距離段上與目標幅度相近的噪聲,它同時實施壓制干擾和欺騙干擾,掩蓋真實目標回波信號同時給出一個假目標信號,從而使跟蹤器發生錯誤動作。

5 結束語

現代戰爭中圍繞雷達的電子干擾與反干擾斗爭從來沒有停止,而且在矛盾斗爭中不斷發展。未來的電子干擾技術必將趨于組合化、精確化和智能化,時域、頻域、空域、功率域、極化域等多域復合調制的靈巧干擾也必將成為其重要手段。

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