基于延時疊加多普勒調制的PD雷達干擾

張鴻 劉飛 吳偉偉

本文針對PD雷達的干擾問題開展研究，首先分析了PD雷達信號處理的原理，提出基于延時疊加多普勒調制的干擾方法，并對該干擾方法進行原理分析和仿真分析，仿真結果表明：通過延時疊加多普勒調制，可以實現對PD雷達的有效干擾。

1.引言

脈沖多普勒（pulse Doppler，簡稱PD）雷達是一種廣泛使用的全相參體制雷達，它利用多普勒效應進行目標探測，由于采用相參脈沖串進行處理，具有非常高的速度測量精度，并且能有效的抑制雜波，因此具備在強雜波背景下動目標的提取能力。PD雷達的應用與發展是雷達理論與技術發展，特別是新型電子器件和數字信號處理技術發展的結果，是戰略戰術任務、目標環境變化，以及下視、下射、反低空突防任務的迫切需要。

PD雷達利用了目標回波中攜帶的多普勒信息，在頻域實現目標回波和雜波的分離，能夠從強地物雜波背景中提取運動目標；同時為了解決距離～速度的模糊問題，PD雷達采用多種重復頻率進行解模糊，因此，PD雷達具有很強的抗干擾能力，傳統的干擾技術很難對其形成有效干擾，并且隨著數字處理技術的發展，僅僅通過速度或者距離的干擾已經很難奏效。

本文提出一種基于延時疊加多普勒調制的干擾方法，通過延時疊加實現距離維的有效干擾，通過多普勒調制實現速度維的有效干擾，最終達到對PD雷達的有效干擾。

2.PD雷達信號處理的原理

由經典的雷達理論可知，雷達的作用距離是和雷達的平均發射功率成正比的，脈沖多普勒雷達由于發射的是脈沖信號，所以在峰值功率一定的情況下，發射的脈寬越大平均功率就越高，作用距離也就越遠，然而PD雷達的距離分辨是發射和回波之間的脈沖延遲差來確定的，即脈沖寬度越大距離分辨率越低。為了解決作用距離和距離分辨率之間的矛盾，PD雷達往往發射Chirp脈沖串，然后通過脈沖壓縮同時獲得較好的作用距離和距離分辨。下面假設PD雷達發射Chirp脈沖來推導徑向勻速目標的回波模型以從數學上分析長時間相參積累時出現的包絡走動以及其帶來的影響。

設雷達所觀測得目標的初始位置為，以勻徑向速度v背離雷達飛行。第m個脈沖達到目標的時刻，雷達與目標之間的距離為R=Rn+vmT，回波延遲為trn=2（Ro+vmT）/c，其中T為雷達的發射脈沖重復周期。則第m個脈沖的目標回波為

其中M為積累脈沖數，當仁f=f時，傅里葉變換的相位旋轉因子將各個脈沖的回波相位補償到一致，從而實現同相相加即相參積累。

對于PD雷達分別為：脈寬T：5e-6us；PRF：10e3；相參處理脈沖數目：32：目標距離：10km：速度：-37m/s，信噪比：-6dB；雜噪比：20dB。圖1為PD雷達處理前后的距離-速度二維曲線，其中圖1（a）為未進行脈沖壓縮和多普勒處理的距離一速度二維曲線，圖1（b）為經過脈沖壓縮處理后的距離一速度二維曲線，圖1（c）為經過脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進行脈沖壓縮和多普勒處理時，在速度為0處存在非常強的雜波，而此時目標功率非常弱，經脈沖壓縮后目標回波信號得到增強，但此時仍存在非常強的雜波，直接進行距離檢測很難提取目標信息，當經過多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，目標得到凸顯。

圖2為PD雷達距離檢測（a）和速度（b）檢測輸出，由圖2可以看出，PD處理后目標的距離為10km，速度為-37m/s，與初始設置的一致，因此，通過PD處理，雷達可以從距離和速度對目標進行測量。

3.延時疊加多普勒調制干擾產生方法

延時疊加干擾采用如下圖所示的產生方法，干擾機對接收到的信號延時T后進行全脈沖存儲，后疊加第二個脈沖，后疊加第三個脈沖，依次疊加，后疊加第N個脈沖。

延時疊加干擾后產生的干擾信號表達式為：

有上式可以看出，產生的干擾信號可以看成多個目標的疊加，如果比雷達的距離分辨率小，N足夠多，將形成密集的假目標。

隨著PD雷達采用先進的信號處理技術，具備了將距離數據進行微分來計算目標的速度。將計算得到的速度值與多普勒測速測得的速度進行比較，從而剔除假目標。所以，單純進行距離維的干擾很難對這一類PD雷達獲得有效的干擾效。因此，在進行距離維的干擾時，必須同時引入速度維的干擾。

此時，延時疊加多普勒調制后產生的干擾信號表達式為：

4.延時疊加多普勒調制干擾仿真

下面對延時疊加多普勒調制干擾的干擾效果進行仿真，選用的參數為：脈寬T：5e-6us；PRF：10e3相參處理脈沖數目：32；目標距離：10km；速度：-37m/s，信噪比：-6dB；雜噪比：20dB，干信比15dB，干擾信號延時時間0.25us。

圖4為延時疊加干擾下的PD雷達處理前后的距離一速度二維曲線，其中圖4（a）為未進行脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，圖4（b）為經過脈沖壓縮處理后的距離-速度二維曲線，圖4（c）為經過脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進行脈沖壓縮和多普勒處理時，在速度為0處存在非常強的雜波，目標被干擾信號所覆蓋，并且干擾信號覆蓋一定的距離區域，經脈沖壓縮后干擾信號得到增強，仍無法提取目標，當經過多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，此時干擾信號凸顯出來。

圖5為PD雷達距離檢測（a）和速度（b）檢測的輸出，由圖可以看出，PD處理后形成了密集的假目標，對應的速度檢測結果為-37m/s，表1為對應的延時疊加干擾下PD雷達處理后的距離和速度結果，假目標共20個，假目標覆蓋范圍從8.25km到13km均勻分布，對應的速度均為-37m/s。

由于目前的PD雷達具備了較強的抗干擾能力，這種僅進行距離的干擾很容易被PD雷達所剔除，因此在進行距離干擾的同時還需進行速度維的干擾。圖6為延時疊加多普勒調制干擾下的PD雷達處理前后的距離一速度二維曲線，其中圖6（a）為未進行脈沖壓縮和多普勒處理的距離一速度二維曲線，圖6（b）為經過脈沖壓縮處理后的距離-速度二維曲線，圖6（c）為經過脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進行脈沖壓縮和多普勒處理時，在速度為0處存在非常強的雜波，目標被干擾信號所覆蓋，并且干擾信號覆蓋一定的距離區域，經脈沖壓縮后干擾信號得到增強，仍無法提取目標，當經過多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，此時干擾信號凸顯出來，并且每個干擾信號的速度信息均不相同。

圖6為延時疊加多普勒調制干擾下PD雷達處理前后的距離-速度二維曲線。

圖7為延時疊加多普勒調制干擾下PD雷達距離檢測輸出，由圖可以看出，PD處理后形成了密集的假目標，對應的最大速度檢測和最小速度檢測結果如圖8（a）和圖8（b）所示，表2為延時疊加多普勒調制干擾下PD雷達處理后的距離和速度結果，假目標共20個，假目標覆蓋范圍從8.25km到13km均勻分布，對應的速度覆蓋范圍從-50.56m/s到-22.21 m/s均勻分布。

圖8為延時疊加多普勒調制干擾下PD雷達速度的檢測輸出。

表2為延時疊加多普勒調制干擾下PD雷達處理后的距離和速度結果。

由上面的分析可知，通過延時疊加多普勒調制，形成了密集的假目標，這些假目標具有不同的距離和速度，因此即使PD雷達采用抗干擾手段也很難將干擾剔除。

5.結束語

本文針對PD雷達的干擾，提出一種基于延時疊加多普勒調制的干擾方法，并進行了理論和數值仿真研究，仿真結果表明通過延時疊加多普勒調制可以實現距離維和速度維的有效干擾，最終達到對PD雷達的有效干擾。本論文的研究可以PD雷達的干擾提供一定的參考意義。