對脈壓信號的移頻干擾效果分析

王 強

(南京電子技術研究所，江蘇 南京 210039)

對脈壓信號的移頻干擾效果分析

王 強

(南京電子技術研究所，江蘇 南京 210039)

針對線性調頻雷達信號距離和多普勒頻率存在強耦合的特點，提出了多種移頻干擾技術，并對不同移頻干擾方法的效果進行了分析和仿真，該研究結果可指導干擾信號的波形設計。同時也分析了移頻干擾對相位編碼雷達信號的干擾效果，并對典型巴克碼信號進行了仿真分析，仿真結果表明，移頻干擾不適用于相位編碼雷達信號。

移頻干擾；線性調頻；相位編碼

0 引 言

為了探測導彈、無人機和隱身飛機等雷達截面(RCS)小的目標，雷達需要提高發射功率，但是無限提高發射功率不僅會出現技術瓶頸，而且不利于射頻隱身，容易遭受反輻射武器的攻擊。為了解決這個問題，先進的雷達一般都會利用相干波形來實現目標檢測[1]，常用的相干波形為線性調頻信號和相位編碼信號。當相控陣雷達對遠處的隱身飛機進行探測時，脈沖寬度通常在0.1～1 ms之間，如果機載干擾吊艙實施自衛干擾，在收發隔離度不能滿足要求的情況下，產生的干擾信號會滯后目標信號15 km以上，雷達可以采用前沿跟蹤技術剔除干擾信號。由于線性調頻信號在距離和多普勒頻移之間存在強耦合，脈壓后會引起距離隨著多普勒頻移的變化而產生測距誤差，可以利用雷達的這一特點，在干擾信號上附加多普勒頻移，實現對雷達的距離欺騙[2]。

文獻[3]～[7]分別論述了單點移頻、階梯波移頻和隨機噪聲移頻干擾對線性調頻雷達的干擾效果，文獻[8]對比分析了移頻干擾對線性調頻和相位編碼信號的干擾效果。本文從工程應用角度出發，針對線性調頻雷達信號，研究了采用多點、階梯波和線性函數移頻的干擾效果，得出了各種移頻干擾使用的邊界條件。同時，分析了移頻干擾對相位編碼脈壓信號的干擾效果，確認相位編碼雷達信號具有較強的抗移頻干擾能力。

1 對LFM信號的移頻干擾效果分析

1.1 工作原理

假設雷達發射正向線性調頻信號，表達式為s(t)=ej(2πf0t+πKt2),0≤t≤T，其中f0是初始頻率，K是調頻斜率，T為脈寬。雷達發射信號時頻圖如圖1所示。

圖1 雷達發射信號時頻圖

干擾機中的數字射頻存儲器(DRFM)模塊對截獲的雷達信號進行采樣和存儲，該樣本信號的相位與雷達信號相位有固定關系，可以形成相干干擾。如果利用數字上變頻電路使存儲的雷達信號產生一個額外頻移，這樣就形成了移頻干擾。假設ζ為附加頻移，則移頻干擾信號可表示為：

(1)

干擾信號進入雷達接收機后，在匹配濾波器的輸入端表現為s(t)的頻率發生了ζ的頻移，移頻干擾經雷達匹配濾波后的輸出信號是一個單頻振蕩信號，假設B為輸入信號的帶寬，那么匹配濾波器輸出信號為：

yζ(t)=

0

(2)

匹配濾波器輸出信號的包絡為：

|yζ(t)|=

0

(3)

1.2 干擾效果分析

當ζ≠0時，脈壓輸出主峰將偏移到t=T-ζ/K處；ζ>0時主峰導前，反之主峰延后。也就是時延量t-T與頻移ζ存在耦合關系，所以附加有頻移的干擾信號經匹配濾波處理后會引起失配，輸出主峰寬度展寬，幅度按三角包絡下降，相應的干擾功率會出現失配損失，頻移越大，失配越嚴重。

當BT?1時，匹配濾波器的幅度譜在f∈[0,B]內近似為一矩形。當移頻量ζ>0時，干擾信號的幅度譜在f∈[ζ,B+ζ]內也近似為一矩形，根據信號系統理論知，只有它們重合的部分才能產生干擾輸出。|ζ|越大，它們重合的部分越少，即假目標的能量越小。當|ζ|≥B時，則不會產生假目標。如果雷達接收相同功率的干擾和目標，可以得到以下3個結論：

綜上所述，如果干擾信號中附加了頻移ζ，一方面可以使假目標相對真目標發生前移或后移，表現為距離欺騙干擾效果；另一方面它還會使雷達匹配濾波后的載波頻率發生改變，改變量為ζ/2。如果頻移量ζ不是很大，干擾信號的頻偏沒有超出雷達接收機的帶寬，那么就會得到預期的干擾效果；否則，干擾信號與匹配濾波器完全失配，得不到應有的干擾效果。

1.3 干擾效果仿真

移頻干擾的目的是使雷達產生距離誤差，在自衛式干擾場景下，假目標可以移到真目標的前面，達到了掩蓋真實目標的目的。在DRFM模塊中，可以采用數字正交上變頻的方式來疊加頻率偏移，頻偏量可以是固定值、階梯波函數和線性函數，不同的頻偏方式產生的干擾效果不同，下面通過仿真來分析不同頻偏的干擾效果。

(1) 多點移頻干擾仿真

在干擾信號中疊加多個固定的多譜勒頻率，可以實現多點移頻干擾。

仿真參數設置如下：雷達信號的脈寬τPW=30 μs，重頻fPRT=300 μs，線性調頻帶寬B=5 MHz，正斜率調制。如果采用多點移頻干擾方式，干信比15 dB，移頻量分別為f1=1.6 kHz，f2=3.3 kHz，f3=5 kHz，f4=6.7 kHz，干擾信號經過匹配濾波器脈壓后的信號如圖2所示。

圖2 對LFM雷達信號的多點移頻干擾效果

從圖2可以看出，多點移頻干擾可在雷達距離門上形成多個突前于真實目標的假目標，假目標的位置相對固定。

(2) 階梯波移頻干擾仿真

將接收信號脈寬分為N段，每段內附加一個固定移頻ζ=ζ0+nΔζ(n=1,…,N-1)，則對于每一段干擾信號而言，都是一個窄的失配的LFM脈沖，故每段干擾信號都可能產生一個假目標，假目標個數為：

(4)

仿真參數設置如下：接收信號脈寬分為6段，起始段階梯波的調制頻率為12.5 kHz，脈沖段間移頻增量0.2 MHz，干信比為15 dB。干擾信號經過匹配濾波器脈壓后的信號如圖3所示。

圖3 對LFM雷達信號的階梯波移頻干擾效果

由于每段干擾信號都可視為一個窄的失配的線性調頻脈沖，它所產生的干擾主峰與單頻點移頻假目標相比具有一定展寬。

(3) 線性函數移頻干擾仿真

干擾信號的附加頻移為線性函數fj=fj0+Kjt，干擾帶寬為Bj=KjT。這種類型的移頻干擾經匹配濾波輸出后，可形成覆蓋一定區域的前移干擾。

仿真參數設置如下：干擾信號起始頻移為125 kHz，調制斜率為10 MHz/μs，干信比為20 dB。干擾信號經過匹配濾波器脈壓后的信號如圖4所示。

圖4 對LFM雷達信號的線性函數移頻干擾效果

2 對相位編碼信號的移頻干擾效果分析

2.1 工作原理

現代雷達中使用的相位編碼信號形式多樣，編碼規律也很復雜，但常用的相位編碼信號為二相碼，編碼規律為巴克碼、偽隨機碼和M序列，本文主要討論對二相碼信號的干擾效果。假設雷達發射的編碼信號為s(t)=ejφ(t)ej2πf0t，φ(t)為二進制相位序列{φk=0,π}，或ejφ(t)為二進制序列{ck=ejφk=+1,-1}。編碼信號有p個碼元，每個碼元寬度為τ，脈寬為T=pτ的二相編碼信號s(t)的復包絡為：

(5)

u(t)的功率譜為：

|U(f)|2=τ2sinc2(fτ)[p+

pτ2sinc2(fτ)

(6)

約等號成立的條件是采用的二元碼字具有良好的非周期自相關性，巴克碼具有最好的自相關性。

以13位巴克碼為例，假設雷達信號的編碼規律ck=[-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1]，碼元寬度τ=1 μs，其碼元與頻譜如圖5所示。

圖5 相位編碼信號編碼規律和頻譜

2.2 干擾效果分析

如果在二相編碼信號的載頻上附加頻率偏移ζ，產生的干擾信號可表示為sζ(t)=ejφ(t)ej2πf0tej(2πζt+φ)，去掉載頻后干擾信號經過雷達匹配濾波器后的脈壓信號可用式(7)表示:

(7)

(2) 當頻移ζ=0時，sζ_compmax=pτ；

2.3 干擾效果仿真

為了說明移頻干擾對相位編碼信號的干擾效果，假設雷達采用13位巴克碼，碼元寬度τ=1 μs，針對不同的頻移量ζ，計算干擾信號經過匹配濾波器后的增益損失，如圖6所示。

圖6 相位編碼信號編碼規律和頻譜圖

從圖6可以看出，二相編碼信號對頻率的偏移十分敏感，移頻干擾的脈壓輸出幅度呈現辛格函數的形式，第一零點出現在ζ=77 kHz，通過仿真分析，可以得到以下2個結論：

(1) 干擾信號中疊加頻移，脈壓后的干擾信號幅度會隨著頻偏的增加而快速下降，干擾能量損失很大，嚴重影響干擾效果；

(2) 即使干擾信號中疊加了頻移ζ，也不能使脈壓后的干擾信號位置發生變化，無法實現距離欺騙的效果。

對于相位編碼脈壓信號，移頻干擾不能使干擾信號出現在真實目標信號的前面，從而失去對目標的保護作用。所以認為移頻干擾對相位編碼信號是沒有干擾效果的。

3 結束語

本文分析了各種移頻干擾對線性調頻信號的干擾效果，從仿真結果來看，各種形式的移頻干擾均有距離欺騙的效果，在使用過程中需要判斷雷達信號的調頻方向，以便選擇正確的頻率偏移量，確保干擾信號位于真實目標的前面，這樣才可能有效對抗雷達的前沿跟蹤技術。同時，本文也分析了移頻干擾對相位編碼信號的干擾效果，從理論分析和仿真結果來看，移頻干擾對相位編碼信號既沒有能量優勢，又不能產生距離欺騙的效果，因此對于相位編碼脈壓雷達信號，移頻干擾是不合適的，需要尋找新的對抗手段。

[1] 丁鷺飛，張平．雷達系統[M]．西安：西北電訊工程學院出版社，1984．

[2] 趙國慶．雷達對抗原理[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1999．

[3] 呂亞昆，楊承志，蘆建輝．一種低截獲概率雷達的移頻干擾研究[J]．艦船電子工程，2014，24(7)：95-98．

[4] 張克舟，李青山，張恒．LFM 脈沖壓縮雷達的隨機移頻多假目標干擾技術研究[J]．電光與控制，2014，21(8)：106-109．

[5] 孟超普，程林，王秀錦．對線性調頻脈壓雷達的改進移頻干擾研究[J]．艦船電子對抗，2016，39(3)：1-6．

[6] 張漢偉，徐才宏．對LFM脈沖壓縮雷達的干擾研究與仿真分析[J]．艦船電子對抗，2010，33(6)：22-26．

[7] 羅金亮，王松山，孫浩．DRFM移頻干擾對LFM脈沖壓縮雷達的影響及對策研究[J]．艦船電子對抗，2009，32(3)：18-22．

[8] 徐冬亮，王秀錦．對兩種脈沖壓縮信號干擾的對比[J]．艦船電子對抗，2010，33(4)：24-27．

EfficiencyAnalysisofTheFrequencyShiftJammingtoPulseCompressionSignal

WANG Qiang

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039,China)

Aiming at the characteristics that the distance and the Doppler frequency of linear frequency modulation radar signals are strongly coupled,this paper proposes a variety of frequency shift jamming technologies,and analyzes and simulates the effects of different frequency shift jamming methods.The results of this study can guide the waveform design of jamming signal.At the same time,this paper also analyzes the jamming effect of frequency shift jamming on phase coding radar signals,simulates and analyzes the typical Barker code signal.The simulation results show that frequency shift jamming is not adapted for phase coding radar signals.

frequency shift jamming；linear frequency modulation；phase coding

TN972

A

CN32-1413(2017)05-0030-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.05.006

2017-06-16