基于多普勒的欺騙干擾識別方法*

單　涼，張劍云，周青松

(電子工程學院，安徽 合肥 230037)

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·工程應用·

基于多普勒的欺騙干擾識別方法*

單涼，張劍云，周青松

(電子工程學院，安徽 合肥 230037)

隨著數字射頻存儲器的不斷發展，欺騙干擾效果日益增強，距離-速度同步欺騙干擾難以被識別。分析了干擾機對多普勒信息調制時存在的問題，提出基于多普勒頻率的欺騙干擾識別方法。當雷達多普勒檢測脈沖個數小于干擾機多普勒調制脈沖個數分辨率時，能夠對速度維的欺騙干擾進行有效識別。

多普勒；欺騙干擾；識別

0　引言

1　多普勒頻率測量

根據多普勒效應，當雷達和空間目標存在相對運動時，接收到的信號頻率會發生變化。

假設發射信號表示為：

(1)

式中，ωt為發射角頻率，φ為初始相位，A為振幅。

接收到的目標回波信號為：

(2)

式中，tr=2R/c，其中R為目標和雷達間的距離，c為光速，k為回波的衰減系數。

若目標固定不動，則距離R為常數，目標回波與發射信號之間的相位差為：

(3)

當目標相對雷達勻速運動時，目標與雷達的距離R、時間t和相對徑向運動速度vr的函數為：

老徐不老，今年32歲，留心到他這個人的特別之處，是因為看到了他的博客：“剛從新疆歸，跑了27天長途，發現四個輪子上的凸凹都快磨平了，車是租來的，跑成這個樣子肯定沒法還，四個人湊了兜里所有的錢，給車換輪子。”

(4)

式中，R0為雷達發射信號時與目標間的初始距離；vr為目標相對雷達站的徑向運動速度。雷達t時刻接收到的回波sr(t)是在t-tr時刻發射的，由于雷達與目標的相對運動速度vr相較于電磁波速度c可以忽略，故時延tr可近似寫為：

(5)

回波信號與發射信號相比會產生高頻相位差：

φd=-ωttr=-ω0(2/c)(R0-vrt)=-2π(2/λ)·(R0-vrt)

(6)

對應的頻率差：

(7)

即為多普勒頻率[9]。

現實中，多普勒頻率遠小于信號發射頻率，如果直接測量頻率將會難以分辨多普勒頻率，所以對于脈沖多普勒雷達，需要通過其高頻相位差精確檢測多普勒頻率。

脈沖工作時，相鄰重復周期運動目標回波與基準電壓之間的相位差是變化的，其變化量為：

(8)

式中，Δtr為相鄰重復周期由于雷達和目標間距離的改變而引起兩次信號延遲時間的差別。相鄰重復周期延時時間的變化量Δtr=2ΔR/c=2vrTr/c是很小的數量，但是當反應到高頻相位時，Δφ=ω0Δt就會產生很靈敏的反應。利用相鄰重復周期回波信號與基準信號之間相位差的變化來檢測運動目標回波，相位檢波將高頻的相位差轉化為輸出信號的幅度變化。

圖1為脈沖雷達方框示意圖，可以看出連續振蕩器的輸出以及接收回波作為接收機相位檢波器的輸入。

圖1　脈沖雷達方框圖

圖2為各主要點的波形，相位檢波器輸入端所加連續的基準電壓uk：uk=Uksin(ωtt+φ)，其頻率和起始相位均與發射信號相同，回波信號ur：ur=Ursin(ωt(t-tr)+φ)。經檢波器的輸出信號為:u=KdUk(1+mcosφ′)=U0(1+mcosφ′)，式中U0為直流分量，為基準電壓經檢波后的輸出，公式為檢波后的信號分量，表示相位檢波器輸出的回波信號的包絡。圖3給出了相位檢波器的輸出波形圖。

圖2　各主要點波形圖

圖3　相位檢波器的輸出波形圖

對于固定目標，相位差φd=ωttr=ωt(2R/c)是常數，合成矢量的幅度不變化，檢波后隔去直流分量可得到一串等幅脈沖。對于運動目標，相位差隨時間變化：

(9)

合成矢量為基準電壓Uk及回波信號相加，經檢波及隔去直流分量后得到脈沖信號的包絡為：

U0mcosφ′=U0cos(2ωt/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ′)

(10)

回波脈沖的包絡調制頻率為多普勒頻率。

2　多普勒調制存在的問題

對于早期的距離拖引干擾，干擾本身沒有調制多普勒信息，將目標的距離數據對時間微分，估算出速度，與測量多普勒頻率對應速度比較，當兩者差值超過一定門限值時，就判定次信號為欺騙干擾信號[10]。隨著距離-速度同步干擾的增多，以及DRFM的發展應用，虛假目標已經攜帶與自身虛假速度一致的多普勒頻率，以往的速度匹配法不再適用[11-12]。DRFM干擾機產生的欺騙干擾信號為達到與真實目標的一致性，需要對發射的欺騙干擾信號調制多普勒信息，但是受限于DRFM的調制分辨率，不可能對每一個脈沖進行如此精細的頻率偏移調制，只能在一段時間內對一段脈沖批量調制多普勒信息，如圖4所示。

圖4　干擾機調制多普勒信息

由圖4可知，干擾機對發射信號的多普勒信息調制僅對一組脈沖進行頻率調制。

假設運動干擾平臺發射欺騙干擾信號為：

(11)

式中，vjt為干擾機調制在一組發射信號脈沖上的虛假多普勒信息。

φdj=-ωttr+vjt=-ωt(2/c(R0-vrt))+vjt=-2π(2/λ(R0-vrt))+vjt

(12)

但是在干擾機分辨率內的一組脈沖中，vjt相當于常數fj，此時fdj=(1/2π)(dφ/dt)=2/λvr，雷達不會受到干擾機調制的虛假多普勒信息影響。

當相位檢波器檢波的脈沖個數小于干擾機調制多普勒信息一組脈沖個數時，如圖5所示，此時雷達對多普勒頻率的檢測為：U0mcosφ=U0cos(2ω0/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ0-fj)，雷達只會檢測到干擾機平臺自身運動產生的多普勒頻率。雷達檢測到干擾機的真實運動速度，一旦干擾機虛擬的欺騙干擾目標加速或減速拖引離開自身時，就會出現目標運動速度與多普勒頻率不匹配的情況，可以據此識別欺騙干擾。

圖5　欺騙干擾相位檢波示意圖

3　欺騙干擾識別

由此可以對雷達目標的多普勒信息與速度進行匹配，匹配成功則認為是真實目標，否則視為干擾機產生的欺騙干擾信號，在下一步雷達航跡濾波時予以濾除。

假設雷達發射頻率ft=1 GHz，存在真實飛行目標與隨機欺騙干擾，構建雷達目標檢測速度匹配線，將目標的估算速度與檢測的多普勒頻率對應速度進行檢測，如圖6所示。

圖6　檢測示意圖

由圖6可以看出，本方法可以對速度匹配不一致的欺騙干擾進行有效識別。

4　結束語

本文提出了基于多普勒的欺騙干擾識別方法，該方法利用干擾機在虛假多普勒頻率調制時存在的分辨率問題，當雷達進行多普勒檢測,脈沖個數小于干擾機調制分辨率時，即雷達對多普勒檢測性能優于DRFM干擾機對多普勒調制性能時，可以有效濾除虛假多普勒信息，利用目標距離數據微分的估算速度與實測多普勒對應速度匹配可以有效識別欺騙干擾。■

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A method to identify the deception jamming based on Doppler

Shan Liang, Zhang Jianyun, Zhou Qingsong

(Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, Anhui, China)

With the development of the digital radio frequency memory(DRFM)， the deception jamming becomes stronger， so the distance-speed deception jamming could not be identified.The problems existed in the modulation of Doppler information by the jammer are analyzed, and the method to identify the deception jamming based on Doppler is also proposed.When radar Doppler detection with less pulses than the jammer Doppler modulate pulses, the method could identify the deception jamming successfully on the speed.

Doppler; deception jamming; identify

安徽省科技攻關項目(1310115188)

2015-12-03；2016-02-28修回。

單涼(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向為雷達信號處理。

TN97

A