基于SMSP和C&I方式的假目標(biāo)干擾效果研究

李 聰,常 梅,徐洪青

(1.上海機(jī)電工程研究所，上海 201109; 2.上海航天技術(shù)研究院，上海 201109)

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基于SMSP和C&I方式的假目標(biāo)干擾效果研究

李 聰1,常 梅1,徐洪青2

(1.上海機(jī)電工程研究所，上海 201109; 2.上海航天技術(shù)研究院，上海 201109)

SMSP和C&I是美國科學(xué)家提出的兩種新型假目標(biāo)干擾產(chǎn)生方式，其主要是對DRFM技術(shù)截獲的雷達(dá)信號進(jìn)行抽取、復(fù)制、組合，生成干擾信號，可在雷達(dá)接收端形成密集假目標(biāo)干擾，并具有一定的移頻和壓制效果。建立了兩種假目標(biāo)干擾的數(shù)學(xué)模型，通過研究脈壓后的干擾波形，分析子脈沖數(shù)目、時隙等因素對干擾效果的影響。

SMSP；C&I；子脈沖數(shù)目；時隙

0 引言

數(shù)字射頻存儲(DRFM)技術(shù)的快速發(fā)展，衍生出了多種基于DRFM體制產(chǎn)生假目標(biāo)干擾的方法。DRFM體制的干擾機(jī)，是通過截獲雷達(dá)發(fā)射信號，將其經(jīng)過一系列變換后產(chǎn)生假目標(biāo)干擾。這種干擾與雷達(dá)信號相關(guān)性高，雷達(dá)處理后干擾功率損失小，并且變化多樣，從而具有良好的欺騙效果。

Smeared Spectrum(SMSP)和Chopping and Interleaving(C&I)干擾[1]是美國科學(xué)家提出的一種新型距離多假目標(biāo)干擾，國內(nèi)主要對兩種干擾的識別方法[2-3]進(jìn)行了研究。本文對SMSP和C&I干擾的產(chǎn)生原理進(jìn)行了分析，主要研究了SMSP和C&I干擾針對防空雷達(dá)的干擾效果，并仿真分析了影響干擾效果的因素。

1 干擾產(chǎn)生原理分析

1.1 SMSP干擾原理

SMSP干擾是將存儲在DRFM中的雷達(dá)信號進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生的一排梳狀的假目標(biāo)干擾，可影響雷達(dá)對真實目標(biāo)的檢測，其原理框圖如圖1所示。

圖1 SMSP方法產(chǎn)生干擾的原理框圖

從圖1中可以看出，SMSP干擾可以通過以下幾個步驟產(chǎn)生：

1)干擾機(jī)接收欲干擾雷達(dá)的發(fā)射信號，脈寬為T，利用接收機(jī)本振將截獲信號的中心頻率變換到中頻；

2)將時鐘信號的時間t0經(jīng)過m分時后得到采樣時間t0/m，之后對變換到中頻的信號進(jìn)行AD采樣；

3)將采樣后的數(shù)據(jù)存儲在DRFM中，在以t0為時間間隔進(jìn)行移位寄存，等效于對DRFM存儲的雷達(dá)信號進(jìn)行以m為間隔的取樣；

4)再將移位寄存器得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁咚貲AC中，高速DAC的時鐘與采樣時鐘相同都為t0/m，那么DAC輸出信號的脈寬就變成了T/m；

5)重復(fù)步驟3)、4)m次，就可以得到與雷達(dá)信號脈寬相同的干擾中頻信號；

6)之后將產(chǎn)生的干擾信號、下變頻時用的本振頻率進(jìn)行上變頻，使得干擾信號與雷達(dá)信號的中心頻率相同，最后通過發(fā)射天線向欲干擾雷達(dá)方向輻射。

通過SMSP干擾的產(chǎn)生過程可以看出，SMSP干擾相當(dāng)于是由m個子脈沖組成，每個子脈沖都是對存儲在DRFM中的雷達(dá)信號以t0為間隔進(jìn)行取樣而產(chǎn)生的，與雷達(dá)信號之間有很強的相干性，可產(chǎn)生多個假目標(biāo)。

根據(jù)SMSP方法的產(chǎn)生過程，將其等效為如圖2所示的示意圖。

圖2 SMSP方法產(chǎn)生干擾的原理示意圖

1.2 C&I干擾原理

C&I干擾是美國科學(xué)家Sparrow發(fā)明的另一種新型距離多假目標(biāo)干擾，其產(chǎn)生多假目標(biāo)干擾的主要步驟為：

1) 干擾機(jī)接收雷達(dá)模擬信號，脈寬為T，通過混頻將接收信號中心頻率變換到中頻，并進(jìn)行AD采樣；

2) 將數(shù)字化處理后的雷達(dá)信號存儲到DRFM中；

3) 之后進(jìn)入Chopping階段，這一階段是采用一個等間距的矩形脈沖串對DRFM中的信號再次進(jìn)行采樣；

4) 再然后進(jìn)行Interleaving階段，這一階段就是將采樣得到的信號進(jìn)行復(fù)制，填充到相鄰的空白時隙中，把空白時隙補充完整；

5) 將得到的干擾中頻信號經(jīng)過混頻器上變頻，使得干擾信號的中心頻率變換到雷達(dá)信號的中心頻率，最后通過發(fā)射天線向欲干擾雷達(dá)方向輻射。

C&I方法產(chǎn)生假目標(biāo)干擾的原理框圖如圖3所示。

圖3 C&I方法產(chǎn)生干擾的原理框圖

經(jīng)過以上5個步驟產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾，其每個部分都是對雷達(dá)信號截取復(fù)制產(chǎn)生的。C&I方法產(chǎn)生假目標(biāo)干擾的等效示意圖如圖4所示。

圖4 C&I方法產(chǎn)生干擾的原理示意圖

2 干擾數(shù)學(xué)模型

2.1 SMSP干擾數(shù)學(xué)模型

假設(shè)雷達(dá)信號下變頻到零中頻線性調(diào)頻信號，其表達(dá)式為：

x(t)=rect(t/τ)ejπ(f0t+bt2)

(1)

那么經(jīng)過ADC采樣、移位寄存、DAC后得到的1個子脈沖的表達(dá)式為：

J1(t)=rect(t/τ′)ejπb′t2

(2)

式中τ′=τ/m，b′=mb 。可以看出得到的子脈沖的帶寬與雷達(dá)發(fā)射信號相同，而脈寬卻變?yōu)樵瓉淼?/m，因此調(diào)頻斜率變?yōu)樵瓉淼膍倍。

之后將子脈沖復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)m次后可得SMSP干擾，其表達(dá)式為：

(3)

形成的SMSP干擾的脈寬與雷達(dá)發(fā)射信號脈寬相同，由m個子脈沖組成，每個子脈沖都是通過對雷達(dá)發(fā)射信號以間隔m取樣后產(chǎn)生的，所以與雷達(dá)信號具有很強相關(guān)性，可以對雷達(dá)形成干擾。

2.2 C&I干擾數(shù)學(xué)模型

假設(shè)雷達(dá)信號的表達(dá)式同式(1)。經(jīng)過Chopping階段得到的表達(dá)式為：

(4)

式中，Ta為抽取間隔，Ta=T/m；τs為每個抽取間隔的時隙數(shù)，τs=Ta/n=T/(mn)。

Interleaving階段就是將Chopping階段得到的脈沖串填充到抽取空隙中，等效為將脈沖串經(jīng)過多級延遲后疊加，其表達(dá)式為：

(5)

則干擾信號中的第i個子脈沖中第j個間隙的表達(dá)式為：

(6)

從中可以看出，2個子脈沖之間信號波形是不同的，而在每個子脈沖中每個時隙中的信號波形是相同的。

3 干擾效果仿真

本文對SMSP和C&I方法產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾以及雷達(dá)信號處理過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真[4-5]，仿真過程如圖5所示。

圖5 數(shù)學(xué)仿真過程示意圖

3.1 SMSP干擾效果

假設(shè)干擾機(jī)對截獲后存儲在DRFM中的雷達(dá)信號進(jìn)行m=5的間隔采樣，截獲的雷達(dá)信號和得到的干擾時域波形如圖6所示。

圖6 干擾機(jī)截獲信號和干擾信號仿真結(jié)果

圖7 雷達(dá)信號和干擾信號瞬時頻率對比結(jié)果

從圖7可以看出，SMSP方法得到的干擾的脈寬與雷達(dá)發(fā)射信號相同，當(dāng)m=5時形成5個子脈沖，每個子脈沖都是對雷達(dá)信號的間隔采樣。還可以看出雷達(dá)發(fā)射信號的頻率跟時間呈線性關(guān)系，而SMSP干擾的頻率卻是個時間的周期函數(shù)，呈鋸齒狀，其5個子脈沖都形成一個新的線性調(diào)頻信號，子脈沖的帶寬和雷達(dá)信號的帶寬相同為10MHz，脈寬卻是雷達(dá)信號的1/5，所以其調(diào)頻斜率變成雷達(dá)信號的5倍，這是SMSP假目標(biāo)干擾的一個重要特征。

之后對目標(biāo)回波和干擾信號進(jìn)行了脈壓處理、恒虛警處理以及點跡融合處理等，得到的仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 m=5時的脈壓結(jié)果

從圖8中可以看出，此時的干信比約為7dB，當(dāng)目標(biāo)距離雷達(dá)為40km時，在40.4～42.5km形成了15個梳狀的假目標(biāo)脈沖。干擾機(jī)是在截獲完10μs的雷達(dá)信號后開始釋放SMSP干擾的，干擾應(yīng)滯后目標(biāo)約1.5km，圖中可以看出在滯后目標(biāo)0.4km后就產(chǎn)生SMSP干擾，所以SMSP具有一定的移頻作用，干擾覆蓋范圍廣。并且SMSP產(chǎn)生的梳狀密集假目標(biāo)干擾使得恒虛警處理門限抬高，雷達(dá)信號處理后得到的目標(biāo)數(shù)為0，起到了壓制作用。

從圖9可以看出，當(dāng)m=7時的干信比約為5dB，SMSP方法形成的假目標(biāo)脈沖個數(shù)約為11個，覆蓋范圍為40.3～42.6km。對比m=5的情況，假目標(biāo)脈沖數(shù)目減少，脈寬變寬，干擾能量降低，覆蓋范圍基本不變，對雷達(dá)形成干擾的效果都是壓制效果。

圖9 m=7時的脈壓結(jié)果

因此改變m會影響SMSP產(chǎn)生假目標(biāo)干擾的個數(shù)和脈壓后干擾能量，但對干擾覆蓋范圍影響不大，所以產(chǎn)生的假目標(biāo)都是壓制效果，一般m取4～10。

3.2 C&I干擾效果

假設(shè)C&I方法將雷達(dá)信號分成5個子脈沖，每個子脈沖由4個時隙窄脈沖組成，其干擾時域波形和瞬時頻率如圖10所示。

圖10 干擾時域波形和瞬時頻率

從圖10(a)可以看出，干擾信號脈寬與雷達(dá)信號脈寬相同，但干擾信號由5個子脈沖組成，每個子脈沖有由4個時隙的信號組成，4個時隙信號都相同，都是對截獲到的雷達(dá)信號進(jìn)行抽取而得到的。

從圖10(b)可以看出，每個子脈沖中的信號頻率是不同的，越接近脈沖后沿頻率越大。整個干擾信號的頻率呈階梯狀上升，每個子脈沖的頻率為1級階梯，每級階梯中4個時隙的信號頻率呈鋸齒狀分布。干擾信號的帶寬變窄，頻率不連續(xù)，但每個時隙的信號都是由雷達(dá)信號抽取得到的，所以每個時隙的頻率都是線性的。

從圖11可以看出，C&I方法產(chǎn)生的干擾在經(jīng)過雷達(dá)接收機(jī)脈壓處理后，干信比約為14dB，在10.4～13km的地方形成了多個假目標(biāo)，干擾的幅度中間高兩邊低。干擾機(jī)是在截獲完整個雷達(dá)信號脈沖后10μs后開始釋放干擾，干擾應(yīng)滯后目標(biāo)約1.5km，但在目標(biāo)后0.6km處就產(chǎn)生假目標(biāo)干擾，所以這里可以看出C&I干擾和SMSP干擾都具有一定的移頻效果。由于C&I干擾的作用，目標(biāo)處的恒虛警處理門限被抬高，經(jīng)過雷達(dá)信號處理后得到2個假目標(biāo)，真實目標(biāo)位置難以判斷。

圖11 雷達(dá)信號處理結(jié)果

C&I方法產(chǎn)生假目標(biāo)具有移頻效果是由于干擾在Chopping階段引入了矩形脈沖串窗口，對截獲的雷達(dá)信號進(jìn)行抽取。將矩形脈沖經(jīng)過傅里葉級數(shù)展開，可得干擾信號表達(dá)式為：

(7)

那么J1(t)信號通過匹配濾波器的結(jié)果為：

(8)

式(8)中第一項稱為主假目標(biāo)，其脈壓后脈寬與雷達(dá)發(fā)射的真實信號脈沖完全相同，但幅度為真實信號的1/n；后面的多項由于受到了cos(2πrmt/T)的調(diào)制，使得ys(t)被搬移到了矩形脈沖串的各次諧波±m(xù)r/T處，為對稱的次假目標(biāo)。

因此C&I方法形成的假目標(biāo)干擾是以主假目標(biāo)為中心對稱的一串假目標(biāo)干擾，次假目標(biāo)干擾的幅度為：

2sin(πr/n)/(πr)

(9)

可以看出次假目標(biāo)幅度比主假目標(biāo)幅度小，并且次假目標(biāo)幅度為近似為sinc函數(shù)分布，時隙數(shù)越少sinc函數(shù)的主瓣寬度就越窄。

從圖12可以看出，當(dāng)子脈沖個數(shù)都為5個時，改變每個子脈沖內(nèi)的時隙數(shù)，當(dāng)時隙數(shù)為2時假目標(biāo)干擾幅度大，干信比為17dB，比時隙數(shù)為3時的干信比大5dB，并且時隙數(shù)為2時次假目標(biāo)干擾幅度下降較快，假目標(biāo)幅度變化與理論推導(dǎo)相符。還可以看出當(dāng)時隙數(shù)變化時，主假目標(biāo)和次假目標(biāo)干擾的位置基本沒有變化。

圖12 不同時隙數(shù)的仿真結(jié)果

對比圖12和圖13可以看出，時隙數(shù)為5的情況下，子脈沖個數(shù)從4增加到8時，干信比都約為10dB，形成假目標(biāo)幅度大小相近。但是子脈沖個數(shù)為8時，出現(xiàn)了由多個假目標(biāo)脈沖合成了的脈寬較大的脈沖。這是由于各假目標(biāo)之間的間距為m/B，當(dāng)T/m>2/B時，連續(xù)兩個假目標(biāo)之間是獨立的，否則會出現(xiàn)混疊的現(xiàn)象，形成脈寬較大的假目標(biāo)干擾，所以在子脈沖個數(shù)m為8時候出現(xiàn)了混疊現(xiàn)象。

圖13 不同子脈沖個數(shù)的仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

本文通過理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)仿真等方式對SMSP和C&I兩種假目標(biāo)干擾產(chǎn)生方法進(jìn)行了研究，給出不同方式產(chǎn)生假目標(biāo)的干擾效果，并分析了影響干擾效果的參數(shù)設(shè)置。SMSP方法能夠形成一排梳狀假目標(biāo)干擾，具有一定的移頻效果，干擾與目標(biāo)的距離較近，可起到壓制的作用，且干擾效果受到子脈沖數(shù)的影響。C&I方法能夠產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾，其效果受到子脈沖個數(shù)和時隙的影響。■

[1] Sparrow MJ, Cakilo J. ECM techniques to counter pulse compression radar：United States, 7081846[P] .2006-07-25.

[2] 李永平,盧剛,田曉,等. 基于模糊函數(shù)的SMSP和C&I干擾識別算法[J]. 航空兵器,2011(4)：51-54.

[3] 李永平,唐斌，等.基于分段解線條的SMSP干擾抑制方法[J]. 電子信息對抗技術(shù),2012(1):41-45.

[4] 劉義和，周穎，申緒澗，等．密集有源多假目標(biāo)的壓制干擾效果分析與仿真[J] .航天電子對抗，2006，22(5):58-61．

[5] 孫閩紅.有源雷達(dá)干擾識別與抑制技術(shù)研究[D].成都:電子科技大學(xué),2010.

The result of false target jamming generated by SMSP and C&I

Li Cong1, Chang Mei1, Xu Hongqing2

(1.Shanghai Institute of Electro-mechanical Engineering, Shanghai 201109, China;2. Shanghai Academy of Spaceflight Technology, Shanghai 201109, China)

SMSP and C&I are two new types of false target jamming proposed by American scientists. In these two ways, the intercepted radar signal is extracted and copied, and then combined into jamming signal. It can form dense false target jamming in the radar receiver, which has the effect of frequency shift and suppression. The mathematical models of two kinds of false target jamming are established. The interference waveform after pulse pressure is studied to analyze the influence of sub-pulse numbers and time slot to the jamming effect.

SMSP；C&I；sub-pulse numbers; time slot

2016-05-21；2016-10-03修回。

李聰(1991-)，男，助理工程師，碩士，主要研究方向為電子對抗總體技術(shù)。

TN972+<.31 class="emphasis_bold">.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A.31

A