基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號產(chǎn)生方法

朱澤鋒,張 軍,孟 凱

(中國人民解放軍91913部隊，遼寧 大連 116041)

【信息科學(xué)與控制工程】

基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號產(chǎn)生方法

朱澤鋒,張 軍,孟 凱

(中國人民解放軍91913部隊，遼寧 大連 116041)

基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號的產(chǎn)生方法產(chǎn)生的干擾信號具有距離連續(xù)可變、速度可控等特性，能在雷達(dá)回波信號中疊加多種噪聲信號模擬復(fù)雜電磁環(huán)境，具有很強的通用性和擴展性，可用于雷達(dá)模擬訓(xùn)練、跟蹤性能檢測以及抗干擾實驗。

DRFM；脈沖雷達(dá)；干擾信號

作為在軍事領(lǐng)域廣泛使用的脈沖雷達(dá)，其效能發(fā)揮如何取決于操作人員的日常訓(xùn)練水平，但由于受訓(xùn)練環(huán)境因素不可控、實戰(zhàn)場景難再現(xiàn)和動態(tài)合作目標(biāo)少等諸多復(fù)雜因素的制約，實操人員在常規(guī)訓(xùn)練中不能針對突發(fā)事件進行有效訓(xùn)練[1-2]。為有效解決存在的問題，提高裝備訓(xùn)練水平，本研究提出了一種基于DRFM技術(shù)的脈沖雷達(dá)干擾信號產(chǎn)生方法。該方法首先對脈沖雷達(dá)搜索到的信號頻譜進行有效存儲，然后對對所記錄的頻譜進行延時和調(diào)頻、調(diào)相處理，產(chǎn)生新的距離信息、速度信息和角度偏移信息等，且在模擬信號中可附加目標(biāo)特征信息和復(fù)雜電磁環(huán)境信息，實現(xiàn)對雷達(dá)實時工作過程的全模擬，借此提升訓(xùn)練水平及檢驗雷達(dá)工作性能。

1 數(shù)字射頻存儲技術(shù)

數(shù)字射頻存儲(DRFM)技術(shù)可完整地存儲接收雷達(dá)信號的相位信息等特征[3]。其主要工作過程可分為以下幾步：① 將接收到的雷達(dá)信號下變頻到基帶，再將基帶模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，采樣存儲于數(shù)據(jù)存儲器中；② 對存儲器存儲的信號進行延時和濾波等處理后，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后對其進行上變頻轉(zhuǎn)換為射頻型號，將信號輸出。如果上、下變頻器采用相同的本振源，則輸出信號即為出入信號的模擬信號，可通過一定的設(shè)置實現(xiàn)模擬信號連續(xù)可調(diào)；③ 在利用DRFM技術(shù)產(chǎn)生模擬回波信號的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字噪聲調(diào)制技術(shù)(如：噪聲調(diào)幅、噪聲調(diào)相等)，可以實現(xiàn)模擬信號上攜帶不同類型的噪聲信息，實現(xiàn)對正常雷達(dá)回波信號的干擾；④ 結(jié)合數(shù)字卷積濾波器技術(shù)，可以實現(xiàn)對采樣信號的數(shù)字濾波處理，應(yīng)用該技術(shù)可以產(chǎn)生多個假目標(biāo)干擾信號。原理框圖如圖1。

圖1 DRFM方案原理框圖

2 基于DRFM的干擾信號實現(xiàn)方法

2.1 總體框圖

最初，DRFM技術(shù)是用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字式存儲、復(fù)制，通過研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)DRFM可以用來存儲脈沖壓縮信號，并且該技術(shù)具有可以實現(xiàn)干擾信號和被干擾信號相干性的特點[5]。

根據(jù)Nyquist采樣定理[4]，若選擇的采樣速率滿足要求，則采樣信號將包含目標(biāo)信號的所有信息；如果上、下變頻器采用相同的采樣速率，則輸出射頻信號與目標(biāo)信號具有相同的特征信息，只是加入了一個連續(xù)可調(diào)的延遲。采用DRFM技術(shù)的干擾信號模擬總體框圖如圖2。

圖2 干擾信號模擬總體框圖

改變本振信號的工作頻率可以產(chǎn)生不同的采樣信號；改變存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的寫入和讀出時間，可產(chǎn)生不同距離的干擾信號；通過改變干擾器調(diào)制器的參數(shù)信息可以產(chǎn)生不同的干擾類型，具體的工作頻率和距離信息由主控器產(chǎn)生。

2.2 采樣數(shù)據(jù)全脈沖存儲技術(shù)

全脈沖存儲技術(shù)可以看作是將目標(biāo)信號進行完整存儲，工作時對存儲信息進行處理，并按一定規(guī)律讀出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生干擾信號。采用全脈沖存儲技術(shù)產(chǎn)生的信號與輸入信號具有相同的頻率，即相參性很高[6]。由于對目標(biāo)信號的存儲非常完整，因此可對其細(xì)微特征進行分析，所有該方法常用語對負(fù)責(zé)信號的存儲。

文中主要研究對目標(biāo)信號的模擬，運用DRFM技術(shù)對接收到的雷達(dá)信號進行采樣存儲[7-8]，根據(jù)需要疊加距離、速度和噪聲信號，經(jīng)延時后再還原成高頻信號輸出，以供日常訓(xùn)練時模擬目標(biāo)信號使用，存儲容量的大小取決于采樣速率和脈沖寬度。脈沖雷達(dá)相對于連續(xù)波雷達(dá)而言數(shù)據(jù)量有限，所以只需要一定容量的存儲器就可以解決數(shù)據(jù)存儲問題。

2.3 可控延時電路設(shè)計

輸入、輸出數(shù)據(jù)的時延取決于讀、寫地址的時間間隔，因此，干擾信號的距離和精度取決于讀地址和寫地址之間的時間延遲。為了實現(xiàn)干擾信號距離大、精度高的要求，本文給出了一種將延遲時間分成低位和高位依次實現(xiàn)的方案。

同步雙口存儲器可用超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)進行描述，通過控制寫清零定時器產(chǎn)生的多個清零脈沖，可以實現(xiàn)多個不同延時[9]。直接采樣法可以實現(xiàn)干擾信號較大范圍可控延遲量，即可實現(xiàn)干擾信號延時范圍大、精度高(對應(yīng)延遲量高位)的要求；干擾信號的精確延時(對應(yīng)延遲量低位)可采用數(shù)字可編程延時器AD9501實現(xiàn)。為有效防止模擬回波信號與輸入信號脈沖寬度不一致，文中采用AD9501技術(shù)對輸出信號的脈沖寬度進行調(diào)整。可控延遲電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 可控延時電路結(jié)構(gòu)

3 干擾信號距離、速度和角度偏移信息的產(chǎn)生

3.1 單目標(biāo)距離干擾

脈沖雷達(dá)是通過測量雷達(dá)發(fā)射信號sT(t)與接收信號sR(t) 之間的延遲tr測量目標(biāo)之間的距離，tr=2R/C，C為電磁波的傳播速度。干擾信號是通過對接收到的雷達(dá)反射信號進行一定的調(diào)制和放大。

通常，tf由兩部分組成，即

(1)

其中：tf0是由雷達(dá)與目標(biāo)模擬器之間的距離Rj所產(chǎn)生的時延；Δtf是目標(biāo)模擬器接收到雷達(dá)發(fā)射信號后對其進行一定處理所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)時延。

圖4 脈沖雷達(dá)距離假目標(biāo)干擾

基于DRFM技術(shù)的雷達(dá)干擾信號模擬器工作于應(yīng)答模式時，可用于產(chǎn)生距離假目標(biāo)干擾，其工作原理如下：首先模擬器接收機檢測到雷達(dá)信號脈沖前沿，由此激發(fā)模擬器對檢測信號進行采樣處理，并對采樣數(shù)據(jù)進行存儲；然后對存儲的采樣數(shù)據(jù)進行一定的延時，并對讀出數(shù)據(jù)進行所需調(diào)制后將模擬雷達(dá)回波信號發(fā)射出去。

對脈沖雷達(dá)實施延時轉(zhuǎn)發(fā)干擾，將接收到的雷達(dá)信號延時1 μs，并將其幅度放大1.5倍，干擾效果如圖5所示。

圖5 對脈沖雷達(dá)的距離欺騙干擾

3.2 多目標(biāo)距離干擾

若要產(chǎn)生多個假目標(biāo)干擾信號對脈沖雷達(dá)進行有效干擾，可采用卷積濾波器實現(xiàn)。卷積濾波器包含F(xiàn)IR(Finite Impulse Response，有限脈沖響應(yīng))和IIR(Infinite Impulse Response，無限脈沖響應(yīng))兩種實現(xiàn)方法，對于FIR濾波器

(2)

圖6 FIR濾波器結(jié)構(gòu)框圖

對于IIR濾波器

Y(n)=ω0X(n)+ωY(n-k)=

(3)

圖7 IIR濾波器結(jié)構(gòu)框圖

通過卷積濾波器產(chǎn)生的多個假目標(biāo)干擾信號，很好地保存了雷達(dá)發(fā)射信號的特性，通過改變延遲時間和信號強度，可以產(chǎn)生多個不同位置、幅度不同的假目標(biāo)干擾信號。由于假目標(biāo)信號與雷達(dá)發(fā)射信號具有很強的相關(guān)性，因此假目標(biāo)信號能夠順利通過雷達(dá)接收機的匹配濾波、脈沖積累等后端信號處理，從而可以產(chǎn)生多個不同峰值、距離不同的雷達(dá)回波信號。

本文仿真產(chǎn)生了4個假目標(biāo)干擾信號，延遲時間分別取為1 μs、3 μs、5 μs、7 μs，幅度分別為真目標(biāo)的1.5、1.2、1.7、2倍，干擾效果圖如圖8所示。從仿真圖中可以看出，通過設(shè)置不同的延遲時間和信號強度，可以產(chǎn)生多個與雷達(dá)目標(biāo)回波信號相似的假目標(biāo)信號，且很難區(qū)分，因此此種方法能產(chǎn)生很好的干擾效果。

圖8 對脈沖雷達(dá)的多假目標(biāo)干擾

3.3 速度干擾

雷達(dá)通過測量目標(biāo)回波信號與雷達(dá)發(fā)射信號之間的多普勒頻移fd來檢測和跟蹤目標(biāo)的速度信息。因此，要想產(chǎn)生速度不同的假目標(biāo)干擾信號，可以通過對雷達(dá)發(fā)射信號的相位進行調(diào)制來實現(xiàn)。通常主要通過對信號進行調(diào)相和調(diào)頻實現(xiàn)對目標(biāo)速度信息的改變。

通常采用數(shù)字正交混頻的方式實現(xiàn)多普勒頻率調(diào)制，實現(xiàn)方法如圖9所示。

圖9 多普勒頻率調(diào)制

若采樣后雷達(dá)的回波信號為：s(t)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]，則進行正交變換后的同相分量(I)為：sI(t)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]，正交分量(Q)為：sQ(t)=a(n)sin[2π·f0n+φ(n))]。采用直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生cos(2π·fdn)和sin(2π·fdn)的數(shù)字信號，然后將它們分別與同相分量sI(t)和正交分量sQ(t)相乘，并將得到的兩路信號相減得：

sj(n)=sI(n)cos(2π·fdn)-sQ(n)sin(2π·fdn)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]cos(2π·fdn)-a(n)sin[2π·f0n+φ(n)]sin(2π·fdn)=a(n)cos[2π·(f0+fd)n+φ(n)]

(4)

通過式(4)可以看出，輸出信號sj(n)相比回波信號s(n)多了一個多普勒頻移分量fd。由此可見，只要控制直接數(shù)字式頻率合成器的輸出頻率，即可合成產(chǎn)生多個不同的多普勒頻移，形成多個具有不同速度的假目標(biāo)干擾信號。本研究仿真分析了對脈沖雷達(dá)進行速度干擾的效果如圖10所示。從圖10可以看出，通過模擬雷達(dá)回波信號的幅度和多普勒頻移，可產(chǎn)生多個與目標(biāo)回波信號相似的假目標(biāo)干擾信號。

圖10 對脈沖雷達(dá)的假多普勒頻率干擾

3.4 角度干擾

圖11為基于DRFM的角度欺騙干擾系統(tǒng)的基本組成，本系統(tǒng)由收發(fā)天線、伺服系統(tǒng)、偵查引導(dǎo)分機、干擾信號模擬分機、信號處理分機、雷達(dá)信號模擬分機、控制與顯示分機、輔助系統(tǒng)等組成。

接收天線接收雷達(dá)的射頻信號，經(jīng)偵查引導(dǎo)分機檢測和測量輻射源信號后，分別提供給干擾信號模擬分機和信號處理分機，信號處理分機完成輻射源檢測、信號調(diào)制分析和電波監(jiān)測，提交控制與顯示分機。干擾信號模擬分機根據(jù)控制命令輸出小功率干擾信號，從發(fā)射天線輻射輸出。雷達(dá)信號模擬分機用于系統(tǒng)自檢。

圖11 系統(tǒng)的基本組成

圖12為基于DRFM針對單脈沖雷達(dá)實施角度欺騙干擾的實現(xiàn)方式，首先利用DRFM技術(shù)對接收到的雷達(dá)信號進行復(fù)制、存儲，經(jīng)調(diào)制后輸出干擾信號。該干擾信號經(jīng)功分器分成兩路信號，分別由發(fā)射天線發(fā)送出去。其中一路信號在發(fā)射前進行調(diào)相處理，使兩路信號到達(dá)發(fā)射雷達(dá)時，其疊加波束能產(chǎn)生相位波前面的畸形，使其雷達(dá)天線瞄準(zhǔn)軸偏離目標(biāo)，從而產(chǎn)生干擾。

圖12 基于DRFM的角度欺騙干擾實現(xiàn)方式

4 結(jié)束語

利用DRFM技術(shù)能夠完整保留輸入信號頻率和相位等細(xì)微特征的優(yōu)勢，可實現(xiàn)對實戰(zhàn)中脈沖雷達(dá)跟蹤目標(biāo)信號的頻譜采樣記錄，并將采樣信號作為目標(biāo)信號模擬器的調(diào)制信號，通過疊加特定的時域、頻域信息，可完整重現(xiàn)實戰(zhàn)環(huán)境。另外，利用數(shù)字信號處理技術(shù)，可對存儲的信息進行延時、調(diào)制等處理，實現(xiàn)將假目標(biāo)信息、多普勒頻移和各類干擾信號疊加至干擾信號上，模擬產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的訓(xùn)練條件，便于裝備操管人員在日常訓(xùn)練中熟悉實戰(zhàn)環(huán)境，提升判別真假目標(biāo)的能力。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

Research on Generating Method of Pulse Radar Jamming Signal Based on DRFM

ZHU Ze-feng, ZHANG Jun, MENG Kai

(The No. 91913rdTroop of PLA, Dalian 116041, China)

A method of generating pulse radar target simulation signal based on DRFM was proposed. This approach was to generate a target analog signal with distance continuously variable and speed controllable, and can simulate complex electromagnetic environment in the radar echo signal by superimposing noise signal, and has strong versatility and scalability, and can be used in radar simulation training, detection and tracking performance and anti-jamming experiments.

DRFM; impulse radar; interference signal

2016-07-22；

朱澤鋒(1976—)，男，高級工程師，主要從事復(fù)雜環(huán)境中的電子干擾研究，E-mail:metrix_yt@163.com。

10.11809/scbgxb2016.12.021

朱澤鋒,張軍,孟凱.基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號產(chǎn)生方法[J].兵器裝備工程學(xué)報，2016(12):90-94.

format:ZHU Ze-feng, ZHANG Jun, MENG Kai.Research on Generating Method of Pulse Radar Jamming Signal Based on DRFM[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(12):90-94.

TN95

A

2096-2304(2016)12-0090-05

修回日期：2016-08-19