移頻對(duì)卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾的影響研究

朱寧龍，劉海亮

(解放軍91404部隊(duì)，秦皇島 066001)

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移頻對(duì)卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾的影響研究

朱寧龍，劉海亮

(解放軍91404部隊(duì)，秦皇島 066001)

摘要：靈巧噪聲干擾作為一種新型干擾方法，可有效干擾線性調(diào)頻(LFM)脈沖壓縮雷達(dá)。針對(duì)移頻后的卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾，通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，分析和研究了移頻對(duì)卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾效果的影響。

關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻；靈巧噪聲干擾；移頻

0引言

隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代軍事雷達(dá)理論的日趨完善，雷達(dá)體制逐漸地由簡(jiǎn)單脈沖發(fā)展到多普勒和脈沖壓縮等新體制。如今的新型雷達(dá)普遍采用相參、脈壓技術(shù)，傳統(tǒng)的壓制干擾和欺騙干擾已很難對(duì)其產(chǎn)生明顯干擾[1]。靈巧噪聲干擾，由于其對(duì)脈內(nèi)的調(diào)制，可對(duì)以上新體制雷達(dá)產(chǎn)生有效對(duì)抗效果，因此得到了越來(lái)越深入的研究。

本文針對(duì)基于卷積調(diào)制的靈巧噪聲干擾，分析和研究移頻量對(duì)干擾效果的影響[2]。

1卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾

基于卷積調(diào)制的靈巧噪聲干擾是利用數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)將干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和復(fù)制，然后與視頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行卷積調(diào)制，經(jīng)過(guò)雷達(dá)的匹配濾波后，由于干擾信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射波形匹配，可以獲得匹配濾波器的處理增益，產(chǎn)生較好的響應(yīng)輸出。在雷達(dá)顯示器上的顯示結(jié)果為大量的隨機(jī)假目標(biāo)，且對(duì)真實(shí)目標(biāo)產(chǎn)生壓制性的覆蓋效果。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)均證明了它能有效干擾線性調(diào)頻(LFM)脈沖壓縮雷達(dá),且性能明顯優(yōu)于射頻噪聲干擾。圖1所示為卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾的原理框圖。

圖1　卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾機(jī)組成原理框圖

2干擾性能

下面對(duì)卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾對(duì)LFM脈沖壓縮雷達(dá)的干擾性能進(jìn)行分析。這里，視頻噪聲以矩形波為例。圖2所示為目標(biāo)回波信號(hào)和靈巧噪聲干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器之后的時(shí)域結(jié)果，圖3為頻域結(jié)果。

圖2　匹配濾波后的時(shí)域波形

圖3　匹配濾波的后頻譜圖

由圖3可以看出，卷積調(diào)制靈巧噪聲的中心頻率、帶寬很好地對(duì)準(zhǔn)了線性調(diào)頻信號(hào)的中心頻率和帶寬。由圖2可以看出，靈巧噪聲匹配濾波后出現(xiàn)了類似線性調(diào)頻信號(hào)匹配濾波后的譜線，而且譜線都擠壓在了一塊，這說(shuō)明該干擾信號(hào)具有噪聲遮蓋干擾特性，所以能很好地遮蓋目標(biāo)回波。由圖2能看到靈巧噪聲通過(guò)匹配濾波后出現(xiàn)了遮蓋波形，兩者能相互印證，說(shuō)明此類分析的正確性以及靈巧噪聲干擾信號(hào)的特性。

卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾利用了視頻噪聲與LFM線性調(diào)頻雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的卷積結(jié)果作為干擾信號(hào)，干擾信號(hào)的頻率隨發(fā)射信號(hào)的頻率變化而變化。也就是說(shuō)，干擾機(jī)不需要測(cè)頻和頻率引導(dǎo)，就能自動(dòng)瞄準(zhǔn)信號(hào)頻率，因此這種干擾信號(hào)也能對(duì)頻率捷變雷達(dá)進(jìn)行干擾。并且經(jīng)過(guò)多次仿真驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)靈巧噪聲信號(hào)匹配濾波后的譜線正比于參與卷積的脈沖串的數(shù)目，脈沖串的數(shù)目越多產(chǎn)生的這種譜線就越多，壓制干擾的效果也就越明顯。所以說(shuō)靈巧噪聲干擾具有遮蓋干擾與欺騙干擾的雙重效果，通過(guò)改變脈沖串的數(shù)目，就可以產(chǎn)生不同的干擾效果。視頻噪聲時(shí)寬越寬，匹配濾波后形成的假目標(biāo)就越多，對(duì)目標(biāo)的遮蓋干擾效果也就越好[3]。

卷積調(diào)制生成的靈巧噪聲干擾信號(hào)針對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的特點(diǎn)，采用復(fù)制雷達(dá)的發(fā)射脈沖信號(hào)來(lái)產(chǎn)生干擾波形，因此具有較好的相干性，并且干擾信號(hào)的中心頻率總是對(duì)準(zhǔn)被干擾雷達(dá)信號(hào)的頻率[4]。同時(shí)，這種干擾波形不僅使干擾脈沖信號(hào)易于通過(guò)雷達(dá)的檢測(cè)處理系統(tǒng)，而且充分利用了干擾能量。由以上討論可知，這種干擾方式能夠?qū)FM雷達(dá)產(chǎn)生比較好的干擾效果。

3加移頻量后的干擾性能

由圖2可知，卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)刻位于原雷達(dá)回波信號(hào)之后。雖然在頻域上干擾信號(hào)依然可以對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行高效覆蓋，但在時(shí)域上卻與真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)有著明顯的時(shí)間差。對(duì)于具有一定經(jīng)驗(yàn)的雷達(dá)職手來(lái)說(shuō)，辨別起來(lái)并不困難。這在一定程度上使得靈巧噪聲干擾的實(shí)際戰(zhàn)術(shù)使用效果受到影響。

為了抵消上述問(wèn)題帶來(lái)的影響，可采用移頻手段，將干擾機(jī)接收到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行移頻，然后再進(jìn)行靈巧噪聲干擾的調(diào)制。這里首先介紹一下移頻干擾的原理[5]。為了簡(jiǎn)單起見，先不加靈巧噪聲干擾。

(1)

式中：u=2πB/T。

下面對(duì)其進(jìn)行頻移fd，令ωd=2πfd，則移頻后的信號(hào)為：

(2)

雷達(dá)接收機(jī)匹配濾波器的響應(yīng)函數(shù)可表示為：

(3)

那么雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)和移頻干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)接收機(jī)匹配濾波器后的結(jié)果分別為：

(4)

(5)

下面就移頻方法進(jìn)行仿真[6-7]。仿真參數(shù)為：脈沖持續(xù)時(shí)間T=50μs，信號(hào)帶寬B=10MHz，載頻f0=10MHz，信號(hào)幅度A=1。移頻量fd分別為-3MHz、-2MHz、-1MHz、0MHz、1MHz、2MHz、3MHz。

圖4所示為線性調(diào)頻信號(hào)加移頻前后的輸出波形結(jié)果。由圖4可知，當(dāng)移頻量為正值時(shí)，信號(hào)出現(xiàn)點(diǎn)在真實(shí)目標(biāo)回波之前；當(dāng)移頻量為負(fù)值時(shí)，信號(hào)出現(xiàn)點(diǎn)在真實(shí)目標(biāo)回波之后。另外，隨著移頻量的增大，信號(hào)的提前和滯后時(shí)間越來(lái)越大。這些都與之前的理論分析完全吻合。

圖4　LFM信號(hào)移頻后的輸出波形

既然移頻可以使干擾出現(xiàn)位置提前或推后，那么如果再經(jīng)過(guò)靈巧噪聲干擾的視頻調(diào)制，也就是加上靈巧噪聲干擾，在經(jīng)過(guò)雷達(dá)接收機(jī)的脈壓處理之后，應(yīng)該會(huì)在目標(biāo)回波的前邊、后邊或者前后都形成密集假目標(biāo)，這就使雷達(dá)操作職手很難判斷，從而得到更好的欺騙干擾效果。下面就靈巧噪聲干擾加入移頻后的效果進(jìn)行仿真，仿真參數(shù)同上，移頻量fd=1MHz，視頻調(diào)制選擇矩形波。

圖5為匹配濾波后線性調(diào)頻信號(hào)和靈巧噪聲干擾信號(hào)的結(jié)果對(duì)比，圖6為頻域結(jié)果圖。由圖5、圖6可知，經(jīng)過(guò)雷達(dá)接收機(jī)的匹配濾波后，靈巧噪聲干擾信號(hào)形成了密集假目標(biāo)，具有一定的壓制干擾效果，并且出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)是在真實(shí)雷達(dá)目標(biāo)回波之前。因此較之無(wú)移頻時(shí)的靈巧噪聲干擾，加移頻后的靈巧噪聲干擾由于出現(xiàn)時(shí)刻提前，使得雷達(dá)職手在識(shí)別時(shí)很難辨別，從而達(dá)到了增強(qiáng)干擾效果的目的。

圖5　匹配濾波后的時(shí)域結(jié)果

圖6　匹配濾波后的頻域結(jié)果

對(duì)比圖3與圖6可得，移頻卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾信號(hào)能量分布在頻域上，對(duì)信號(hào)還是高效覆蓋，在時(shí)域上則已經(jīng)超前于真實(shí)目標(biāo)，但是其頻譜寬度比無(wú)移頻時(shí)減小，這是由于移頻后信號(hào)與匹配濾波器已經(jīng)失配，干擾信號(hào)能量降低造成的。所以，移頻量的增大會(huì)降低干擾功率，從而降低干信比，這對(duì)靈巧噪聲干擾是不利的一面。

下面使用系統(tǒng)干信比增益來(lái)討論一下移頻量大小對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的干擾影響。系統(tǒng)干信比增益的定義為：

(6)

式中：Ji、J0和Si、S0分別為接收系統(tǒng)匹配濾波前后的干擾功率和信號(hào)功率。

由于移頻量為負(fù)值和正值的效果是對(duì)稱的，這里移頻量選擇 0～3 MHz，每個(gè)移頻量對(duì)應(yīng)的干信比增益是獨(dú)立仿真100次后取平均所得。仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7　干信比增益與移頻量的關(guān)系曲線

由圖7可知，隨著頻偏的增大，干信比逐漸下降，干擾功率的利用率逐漸下降，這對(duì)實(shí)現(xiàn)有效干擾非常不利。仿真結(jié)果印證了移頻量不能隨意選擇，不可盲目過(guò)量移頻，以免造成干擾效率的下降、干信比的降低，從而影響到實(shí)際的干擾實(shí)現(xiàn)效果。

4結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)LFM線性調(diào)頻雷達(dá)，分析了基于卷積調(diào)制的靈巧噪聲干擾及其干擾性能，并就增加了移頻后的干擾性能進(jìn)行了理論分析和仿真模擬，最后對(duì)移頻量大小的選擇進(jìn)行了討論。根據(jù)以上分析，加入移頻量后的卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾具有更優(yōu)的干擾效果，但移頻量的選擇要兼顧干擾功率的下降問(wèn)題，適中選取，從而達(dá)到最好的干擾效果。

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Research into The Influence of Frequency Shift on Smart Noise Jamming with Convolution Modulation

ZHU Ning-long，LIU Hai-liang

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Abstract:As a new jamming method,smart noise jamming can jam the linear frequency modulation (LFM) pulse compression radar effectively.Aiming at the smart noise jamming with convolution modulation after frequency shift,this paper analyzes and studies the influence of frequency shift on the effect of smart noise jamming with convolutional modulation through theoretical analysis and simulation test.

Key words:linear frequency modulation;smart noise jamming;frequency shift

收稿日期:2016-01-08

中圖分類號(hào)：TN972

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：CN32-1413(2016)02-0017-04

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.02.005