對ELINT系統(tǒng)信道化接收機的干擾技術(shù)研究

余　強，畢大平，2，陳　璐

(1. 電子工程學(xué)院503教研室，　合肥 230037；　2. 安徽省電子制約技術(shù)重點實驗室，　合肥 230037)

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對ELINT系統(tǒng)信道化接收機的干擾技術(shù)研究

余強1，畢大平1，2，陳璐1

(1. 電子工程學(xué)院503教研室，合肥 230037；2. 安徽省電子制約技術(shù)重點實驗室，合肥 230037)

摘要：介紹了ELINT系統(tǒng)的信道化接收機的相關(guān)特性，討論了己方雷達信號分別為線性調(diào)頻體制及常規(guī)體制時，不同的干擾信號對接收機測頻性能的影響：當(dāng)雷達信號為線性調(diào)頻體制時，采用線性調(diào)頻干擾信號，滿足合適的時序關(guān)系，使得接收機測出的信號帶寬展寬；當(dāng)雷達信號為常規(guī)體制時，干擾信號為線性調(diào)頻或頻率捷變體制，使得接收機對雷達體制判斷錯誤。通過仿真驗證了干擾效果，保護了己方雷達信號的技術(shù)參數(shù)不被正確獲取，從而進一步提高了雷達的生存性能。

關(guān)鍵詞：ELINT系統(tǒng); 信道化接收機; 線性調(diào)頻信號; 頻率捷變信號

0引言

在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中，敵我雙方通過雷達對抗偵察(ELINT)系統(tǒng)截獲雷達信號并進行信號處理，對雷達信號的載頻、到達角、到達時間、脈寬、重復(fù)頻率進行測量，將測量數(shù)據(jù)整理上報至情報中心，從而進一步獲取雷達的技術(shù)情報甚至是載體的相關(guān)信息，為后續(xù)展開的行動提供決策依據(jù)。信道化接收機作為一種頻域非搜索式瞬時的測頻接收機[1-2]，具有測頻精度高、響應(yīng)時間短、動態(tài)范圍寬以及靈敏度高等特點，這對己方雷達造成了較大的威脅。就目前而言，國內(nèi)外對于研究信道化接收機技術(shù)的公開文獻較多，但由于涉及各國核心軍事機密，對其測頻性能影響的研究僅在國內(nèi)發(fā)現(xiàn)較少的文獻[3]，尚未發(fā)現(xiàn)對ELINT系統(tǒng)信道化接收機的干擾技術(shù)。因此，研究對ELINT系統(tǒng)信道化接收機的干擾技術(shù)，有助于保護己方雷達的技術(shù)參數(shù)不被正確發(fā)現(xiàn)，從而提高其工作的安全性。

1信道化接收機工作原理

1.1信道化接收機的工作特點

信道化接收機主要有以下4個特點：

1) 在設(shè)定的偵察頻段內(nèi)部，接收機對于單個雷達信號脈沖的截獲概率達到了100%，克服了超外差接收機截獲概率低的弱點；

2) 由于接收機為頻域截獲時，對于同時達到信號也能很好的處理；

3) 測頻精度只與接收機本身的波道劃分有關(guān)；

4) 具有較高的靈敏度以及寬的動態(tài)范圍[4]。

1.2接收機的信道劃分

信道化接收機最為核心的部分是各個波段分路器，也就是信道的劃分，因為信道的劃分決定了測頻精度等一系列因子[5-7]，較為常規(guī)的信道劃分主要有兩種：一種是3 信道交疊覆蓋式；另一種是信道間無交疊式，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　信道劃分示意圖

由圖1得知，當(dāng)信道化接收機采取有盲區(qū)式覆蓋時，由于不能達到接收機的截獲門限，使得頻率位于兩相鄰信道之間的信號“丟失”，從而無法滿足百分之百截獲的要求。因此，在工程上一般采用3 dB信道交疊覆蓋式，這樣能夠保證截獲概率。隨著現(xiàn)代電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，導(dǎo)致信號位置以及帶寬的隨意性影響了信道化接收機的工作，而動態(tài)信道劃分技術(shù)則很好地解決了這個問題，其原理為通過優(yōu)化數(shù)字濾波器組件，滿足重構(gòu)條件。通過接收機本身的檢測以及判決，達到信道合并或劃分的“智能化”[8]。

1.3多相離散傅里葉變換(DFT)信道化數(shù)字接收機

yk(n)=[x(n)*hk(n)]e-jωkn=

(1)

那么可進一步化為

若信道采用均勻信道的奇型劃分，則

(2)

對于采取多相DFT濾波器的信道化接收機而言，在設(shè)計干擾波形時，需要依據(jù)多相DFT濾波器的工作原理，才能實現(xiàn)干擾的有效性。

2干擾原理及干擾波形

2.1干擾原理

信道化接收機的波段劃分對頻率測量占據(jù)十分重要的作用，文獻[3]指出：采用梳狀譜干擾技術(shù)，集中頻點對信道化接收機的某個頻段進行干擾，使得接收機對信號的體制判斷失誤，達到欺騙性干擾目的。對于信道化接收機而言，要考慮均勻信道偶型排列的情況。令：xi(m)=x(mD+i),gi(m)=h(mK-i),i=0,1,…,K-1。其中，gi(n)為低通濾波器h(n)的多相形式，那么第k個信道的輸出為

DFT[gi(m)*xi(m)]

(3)

更具普遍性意義的DFT推導(dǎo)如下：各個子信道的中心頻率為ωk(k=0,1,…,K-1)，h(n)為N階濾波器的沖激響應(yīng)，那么第k信道的輸出為

yk(m)=[x(n)e-jωkn]*h(n)|n=mD=

(4)

(5)

(6)

(7)

本文結(jié)合適當(dāng)?shù)臅r序關(guān)系，采用某種干擾波形，分析信道化接收機的測頻結(jié)果。當(dāng)雷達信號為線性調(diào)頻(LFM)信號時，假設(shè)其帶寬為Δf1，當(dāng)一個帶寬為Δf2的線性調(diào)頻體制的干擾信號從頻域?qū)走_信號帶寬進行展寬，使得信道化接收機測得帶寬為Δf3((f1,f2)max≤Δf3≤f1+f2)，信號帶寬判斷錯誤；當(dāng)雷達信號為常規(guī)連續(xù)波信號時，寬帶的LFM干擾信號對常規(guī)體制的雷達信號進行頻域以及時域的覆蓋，使得信道化接收機認為截獲到的為線性調(diào)頻體制的信號，信號帶寬判斷錯誤；當(dāng)雷達為常規(guī)脈沖體制時，結(jié)合多個頻率的脈沖干擾信號，使得這一批脈沖信號的頻率變化符合頻率捷變特性，ELINT系統(tǒng)進行信號分選時雷達脈沖信號以及干擾信號組合成一批信號，從而雷達信號的體制、載頻、脈沖重復(fù)間隔(PRI)均出現(xiàn)錯誤。

2.2干擾波形

根據(jù)雷達信號體制的不同，分析不同的干擾信號波形。當(dāng)雷達信號為線性調(diào)頻體制時，其信號波形可以表示為

(8)

式中：k1(k1=B/T，B為雷達信號帶寬)為雷達信號的調(diào)制斜率；f1雷達信號的初始頻率。

當(dāng)干擾信號為LFM信號時，波形一般可以表示為

(0≤t≤10μs)

(9)

式中：k干1(k干1=B/T，B為干擾信號帶寬)為干擾信號的調(diào)制斜率；f干1為干擾信號的初始頻率。當(dāng)干擾信號與雷達信號進入接收機后，相應(yīng)頻段的信道產(chǎn)生響應(yīng)，從而掩蓋了真實的雷達信號輸出。

對于雷達信號為常規(guī)連續(xù)波體制時，干擾信號為LFM信號的方法不再贅述，如式(8)所示。而采用脈沖體制時，干擾信號的波形如下

S2(t)=Au(t)cos2πfit(i=1,2,3,…,n)

(10)

式中：fi為捷變頻信號的頻率。而此時式(8)中雷達信號頻率的取值在捷變頻范圍內(nèi)。

調(diào)制函數(shù)u(t)為矩形脈沖串

(11)

式中：Tr為干擾信號脈沖重復(fù)周期；N為脈沖個數(shù)。當(dāng)干擾信號與雷達脈沖信號按照相應(yīng)時序關(guān)系進入接收機后，信道化接收機多個信道在不同時刻產(chǎn)生響應(yīng)。

根據(jù)前述多相DFT推導(dǎo)公式可知，受到干擾情況下的輸出結(jié)果為

(12)

3仿真分析及驗證

為不失一般性，仿真信道化接收機不考慮信道判別對測頻結(jié)果的影響。信道化接收機共分成32個子信道，每個信道帶寬為20 MHz。由于仿真過程使用實信號，所以只給出了正頻率的16個信道的輸出結(jié)果，信道化接收機的測頻范圍為2 GHz～2.32 GHz。

3.1雷達信號為線性調(diào)頻體制

假設(shè)雷達信號頻率為2.12 GHz～2.18 GHz，帶寬為60 MHz，干擾信號頻率為2.14 GHz～2.20 GHz，帶寬為60 MHz。正常條件下信道化接收機輸出時/頻域仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2　正常條件信道化接收機輸出時域圖

圖3　正常條件信道化接收機輸出頻域圖

通過后續(xù)的信號處理以及判別，得知被截獲信號為帶寬60 MHz的線性調(diào)頻信號，說明信道化接收機正確截獲并且識別了信號。那么接下來采用頻帶寬度為60MHz的LFM信號對接收機進行干擾，結(jié)合式(12)，保證接收機正確截獲干擾信號的前提則是干擾信號以及信號處于偵察系統(tǒng)的角分辨率以內(nèi)。為了更加直觀的表征干擾信號對信號時域覆蓋的效果，以信道化接收機第8信道為例，給出了三維圖，最后得出仿真圖如圖4所示。

圖4　干擾情況下信道化接收機的時域和頻域輸出圖

那么通過多相DFT濾波之后，得到的第7、第10信道的信號為己方雷達信號

(13)

而受到干擾之后的第8、第9信道為

0≤t≤10μs

(14)

由圖4可以得到以下結(jié)論：存在干擾信號時，可以發(fā)現(xiàn)，第7～第11號信道均有輸出，通過信道化接收機截獲以及后續(xù)的信號處理，得到目標信號為一個帶寬為80 MHz的LFM信號的結(jié)論。當(dāng)然，還可以運用同樣的思路，采用一定帶寬的LFM或NLFM信號對信號的“前端”或“后端”進行展寬。例如一個頻率為2.04 GHz～2.12 GHz帶寬為80 MHz的LFM信號對信道化接收機進行干擾，此時信道化接收機的測頻結(jié)果為2.04 GHz～2.18 GHz。

3.2雷達信號為常規(guī)體制

3.2.1雷達信號為常規(guī)連續(xù)波體制

假設(shè)雷達信號的頻率為2.123 GHz，信道化接收機的第7信道對其截獲仿真，如圖5所示。

圖5　接收機第7信道截獲連續(xù)波信號的時域和頻域輸出圖

通過后續(xù)的信號處理以及判別，得知被截獲信號頻率為2.123 GHz的普通連續(xù)波信號，說明信道化接收機正確截獲并且識別了信號。那么接下來采用頻率為2.1 GHz～2.2 GHz，帶寬為100 MHz的LFM信號對接收機進行干擾，其仿真如圖6所示。

圖6　干擾情況下信道化接收機的時域和頻域輸出圖

此時第7信道截獲的混合信號為

(15)

由圖6可以得到以下結(jié)論：信道化接收機的第6～第10號信道均有輸出，通過信道化接收機截獲以及后續(xù)的信號處理，得出目標信號為一個帶寬100 MHz的LFM信號的結(jié)論。

3.2.2雷達信號為常規(guī)脈沖體制

當(dāng)雷達信號采用常規(guī)脈沖體制時，干擾信號需要滿足一定的時域條件才能對接收機測頻造成影響，具體形式如圖7所示。

圖7　干擾信號和雷達信號時序關(guān)系示意圖

由圖7可知，干擾信號按照捷變頻雷達信號的規(guī)律變化，并且與雷達脈沖信號組合形成新的PRI(例如：使原本重頻為103變?yōu)?04)。假設(shè)雷達脈沖信號載頻為2.15 GHz，采用脈間捷變頻的形式，通過頻率直方圖進行信號識別以及分選結(jié)果，對捷變頻信號其中一部分頻點統(tǒng)計和分選結(jié)果仿真，如圖8～圖10所示。

圖8　測得頻點數(shù)直方圖(脈間捷變信號的一部分)

圖9　雷達信號分選結(jié)果

圖10　受到干擾情況下分選結(jié)果

ELINT系統(tǒng)信道化接收機受到干擾后

Au(t)cos2πfi(t)(i=1,2,3,…,n)

(16)

由上述推論可知，信道化接收機在受到干擾的情況下，其測頻以及后續(xù)的信號處理出現(xiàn)誤判，在運用SDIF算法[9]對信號進行主分選時將干擾信號和雷達信號誤認為一批信號，最后信道化接收機認為截獲信號為捷變頻雷達信號。

4結(jié)束語

本文從雷達反偵察的角度出發(fā)，根據(jù)ELINT系統(tǒng)信道化接收機的工作原理和雷達信號的不同體制，推導(dǎo)了多相DFT濾波器的輸出結(jié)果，結(jié)合干擾信號的影響對輸出結(jié)果進行修正，分析了兩種干擾信號對接收機性能的影響，通過計算機仿真驗證了干擾效果。達到保護己方雷達信號參數(shù)不被正確發(fā)現(xiàn)的目的，從而有效地掩護了己方雷達安全工作。

參 考 文 獻

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余強男，1990年生，碩士研究生。研究方向為電子對抗系統(tǒng)干擾技術(shù)。

畢大平男，1965年生，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向為電子對抗裝備新技術(shù)。

陳璐 男，1989年生，碩士研究生。研究方向為電子對抗系統(tǒng)效能評估。

A Study on the Jamming Technology to the ELINTSystem's Channelized Receiver

YU Qiang1，BI Daping1,2，CHEN Lu1

(1. Laboratory 503, Electronic Engineering Institute,Hefei 230037, China)(2. Key Laboratory of Electronic Restriction, Anhui Province,Hefei 230039, China)

Abstract：This paper analyzed the related properties of channelized receiver, the interference of different signals in either linear frequency modulation system and the conventional system to the performance of frequency measuring receiver are analysed. When radar signal is in linear frequency modulation system, the linear frequency modulation signal is used, with the appropriate time domain configuration, making the receiver to measure the bandwidth of the signal is broadening; when radar signal is in conventional system, the chirp signal or cheat pulse is used, making the information of the radar system wrong , then achieving the purpose of deceptive jamming. Jamming effectiveness is verified by simulation and their technical parameters of radar signal are protected, so as to further improve the performance of radar's survival.

Key words：ELINT system; channelized receiver; chirp signal; frequency agility signal

中圖分類號：TN973

文獻標志碼：A

文章編號：1004-7859(2016)02-0078-06

收稿日期：2015-10-11

修訂日期：2015-12-16

通信作者：余強Email：751690882@qq.com

基金項目：總裝備部預(yù)研基金資助項目(51333030103)

DOI：·電子對抗· 10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.02.018