差拍處理算法對三型常規欺騙式干擾的對抗效果分析

董洪亮 謝 玲 任高輝

(1.西安電子工程研究所 西安 710100；2.西安應用光學研究所 西安 710065)

0 引言

密集假目標干擾、示樣脈沖干擾、間歇采樣轉發干擾是現代雷達電子戰對抗中應用特別廣泛的三種干擾樣式[1]，由于它們能夠產生很多高逼真性的雷達假目標[2]，從而讓雷達無暇顧及真實目標，甚至可以將雷達真實目標淹沒在高密集的假目標群中，形成壓制式干擾的對抗效果[3]，嚴重時還可以使雷達信號處理機出現飽和[4]，因此，如何有效地對各種雷達干擾樣式進行對抗，成為了擺在雷達一方不得不去考慮的重要問題。本文中采用的差拍處理算法可以有效地針對三型常規欺騙式干擾，密集假目標干擾、示樣脈沖干擾、間歇采樣轉發干擾進行抑制，下面，就通過原理介紹及數據仿真分析對其進行詳細分析。

1 三型常規欺騙式干擾的產生機理

1.1 密集假目標干擾的產生機理

本文采用分段重構法來產生密集假目標干擾信號，該方法沒有費時的乘法運算，占用的存儲資源較少，分段重構法產生密集假目標干擾的示意圖如下圖1所示[5]。

圖1 分段重構法產生密集假目標干擾示意圖

S=S(1)+S(2)+…+S(n-1)+S(n)

(1)

然后將n段數據按照圖1所示的組合方法進行重構，組合成(2n-1)段新的數據，圖中每一段讀出數據為圓點對應讀入數據的和，即：

則生成的密集假目標干擾數據為：

J=J(1)+J(2)+…+J(2n-2)+J(2n-1)

(3)

1.2 示樣脈沖干擾的產生機理

所謂示樣脈沖干擾，就是干擾機對截獲到的雷達發射信號S(t)僅取其一小段，記為ΔS(t)，然后以ΔS(t)作為示樣，通過連續多次轉發而形成的一種干擾樣式，記為J(t)。其產生機理如下圖2所示：

雷達發射信號S(t)：

ΔS(t)

示樣脈沖干擾J(t)：

ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)

圖2示樣脈沖干擾的產生機理圖

1.3 間歇采樣轉發干擾的產生機理

所謂間歇采樣轉發干擾，就是干擾機把截獲到的大時寬雷達信號，高保真采樣其中的一小段信號，然后馬上進行轉發處理，再采樣，再轉發，如此循環，直到大時寬信號結束[7]。干擾機的接收機和發射機在整個脈沖寬度內是分時工作的，采取這種收發工作方式解決了干擾機收發隔離度不夠的問題[8]。間歇采樣轉發干擾的產生機理如下圖3所示：

其中第一行表示干擾機對截獲的雷達發射信號進行間歇采樣處理，第二行表示干擾機對間歇采樣所得的信號進行轉發處理。

圖3 間歇采樣轉發干擾的產生機理圖

間歇采樣轉發干擾所生成的主假目標y主(t)可以表示為式(4)：

(4)

其中，y(t)為未經過間歇采樣的完整雷達信號的脈壓結果?？梢钥闯?，所生成的主假目標和真實目標是完全相同的，只是在信號幅度上乘以一個占空比系數。

間歇采樣轉發干擾所生成的次假目標群y次(t)可以表示為式(5)：

(5)

一般所生成的任意相鄰兩個假目標之間的間隔Δt可以通過式(6)計算：

(6)

2 差拍處理算法處理流程及工程實現討論

差拍處理算法主要針對線性調頻(LFM)體制下的轉發式類別干擾樣式的抑制，本文中討論的三型常規欺騙式干擾，密集假目標干擾、示樣脈沖干擾、間歇采樣轉發干擾就屬于此類干擾樣式。

差拍處理算法的流程框圖如下圖4所示：

圖4 差拍處理算法流程框圖

此算法通過將雷達前面某一脈沖重復周期未受干擾的接收信號(干凈Prf)作為參考信號，來對當前受到干擾的脈沖重復周期的接收信號取共軛運算后進行點乘運算處理，以此將所需要提取的目標回波信號分量移至低頻帶，將需要進行抑制的干擾信號分量移至高頻帶，從而可以通過設計合理的低通濾波器將干擾信號分量濾除，僅使目標回波信號分量通過，最后再將濾波后所得到的信號與之前的參考信號(干凈Prf)相點乘，即可恢復出想要得到的目標回波信號，最終達到抑制干擾的目的。

將此算法應用于工程實踐的技術難點是低通濾波器通帶截止頻率Fpass值的實時正確求取，Fpass的計算公式如式(7)所示：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|

(7)

其中，B為雷達發射信號的帶寬，T為雷達發射信號的時寬，t1為想要恢復出來的真實目標所在位置對應的時延，t2為所選擇的干凈參考PRF信號的目標所在位置對應的時延。

那么在工程實踐中，我們又如何對|t1-t2|的值進行計算？可以依據公式(8)進行推算：

(8)

其中，v為目標的運動速度，a為目標運動的加速度，正值代表加速運動，負值代表減速運動，T1、T2分別表示接收干凈參考信號與受干擾信號的具體時間點，c代表光速。

當上面所考慮的工程實現問題都圓滿解決后，只要我們準確計算出|t1-t2|的值，就可以正確設計出低通濾波器的通帶截止頻率Fpass值，進一步設計出有效、合理的低通濾波器，來對干擾信號分量進行有效地濾除。

有關此算法的詳細數學推導過程可以參見文獻[11]，此處鑒于篇幅限制，不再贅述[11]。

3 三型常規欺騙式干擾的抑制效果仿真分析

下面結合差拍處理算法對三型常規欺騙式干擾的抑制效果進行仿真分析，仿真條件設置如下：雷達發射信號ST(t)為線性調頻信號，其數學表達式如公式(9)所示：

(9)

3.1 密集假目標干擾的抑制效果仿真分析

從圖5對比中可以看出，自距離雷達175μs處起產生了10個間隔15μs的密集假目標干擾，真實目標位于198μs處。由于采用距離雷達196μs處的未受干擾的PRF作為參考信號，根據式(7)的Fpass計算公式得：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|=(8/150)·
|198-196|=0.1066MHz

(10)

可以看出，Fpass與圖6(a)標定的0.1088是近似相等的，因此，將Fpass作為低通濾波器的通帶截止頻率是合理的，正好可以將真實目標的差拍頻率分量篩選通過，而將干擾信號的差拍頻率分量濾除，見圖6(b)所示。仿真中我們取低通濾波器通帶截止頻率Fpass=0.11MHz，阻帶截止頻率Fstop=0.31MHz，濾波器階數為253階。從圖6(c)中可以看出，經過差拍運算處理后，密集假目標干擾信號被抑制掉了，198μs處的真實目標被保留了下來。

圖5 真實目標受到密集假目標干擾對比圖

圖6 差拍處理結果圖

3.2 示樣脈沖干擾的抑制效果仿真分析

從圖7對比中可以看出，自距離雷達140μs處起產生了10個間隔15μs的示樣脈沖干擾，真實目標則位于162μs處，介于第2和第3個假目標之間。由于采用距離雷達160μs處的未受干擾的PRF作為參考信號，根據式(7)的Fpass計算公式得：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|=(8/150)·
|162-160|=0.1066MHz

(11)

可以看出，Fpass與圖8(a)中標定的0.1133是近似相等的，因此，可以將Fpass作為低通濾波器的通帶截止頻率，它正好可以將真實目標的差拍頻率分量篩選通過，而將干擾信號的差拍頻率分量濾除，結果如圖8(b)所示。仿真中我們設計低通濾波器通帶截止頻率Fpass=0.11MHz，阻帶截止頻率Fstop=0.31MHz，得到濾波器階數為253階。從圖8(c)中可以看出，在經過差拍運算處理后，示樣脈沖干擾信號被抑制掉了，只保留下了162μs處的真實目標。

圖7 真實目標受到示樣脈沖干擾對比圖

圖8 差拍處理結果圖

3.3 間歇采樣轉發干擾的抑制效果仿真分析

圖9(a)為間歇采樣轉發干擾的時域波形圖，從圖9(b)中可以看出，在距離雷達140μs處產生了一個主假目標干擾，在主假目標的兩側生成強度依次遞減的次假目標群，且任意兩個假目標之間的間隔為7.5μs，真實目標則位于159μs處，介于主假目標右側第2和第3個次假目標之間。由于采用距離雷達158μs處的未受干擾的PRF作為參考信號，根據式(7)的Fpass計算公式得：

(12)

可以看出，Fpass與圖10(a)中標定的0.06是近似相等的，因此，可以將Fpass作為低通濾波器的通帶截止頻率，它正好可以將真實目標的差拍頻率分量篩選通過，而將干擾信號的差拍頻率分量濾除，結果如圖10(b)所示。仿真中我們設計低通濾波器通帶截止頻率Fpass=0.06MHz，阻帶截止頻率Fstop=0.25MHz，得到濾波器階數為267階。從圖10(c)中可以看出，在經過差拍運算處理后，間歇采樣轉發干擾信號被抑制掉了，只保留下了159μs處的真實目標。

圖9 真實目標受到間歇采樣轉發干擾效果圖

圖10 差拍處理結果圖

從以上仿真分析結果可知，在差拍處理算法中，只要參考信號選取合適、低通濾波器設計合理，就可以將三型常規欺騙式干擾有效地抑制掉。

4 基于某型干擾機實測數據的對抗效果分析

下面的試驗是使用了某部雷達上面的數據采集器，實時采集了某型干擾機發射的密集假目標干擾信號作為雷達回波信號，通過對此干擾實測數據進行分析，采用差拍處理算法進行了對抗驗證試驗，仿真驗證結果如下圖11、圖12所示。

圖13為雷達在不同情形下的脈壓結果對比圖，從圖11(a)中可以看出，雷達在未受到干擾時，目標位于第172個距離單元。從圖11(b)中可以看出，雷達受到了密集假目標干擾，產生了從雷達第158個距離單元開始的密集假目標，相鄰兩個假目標之間的間隔為25個距離單元，由于干擾機給產生的密集假目標干擾調制了一個移頻分量，所以干擾超前于真實目標[12]，真實目標則位于第1個和第2個假目標之間，并且由于假目標干擾信號強度很大，真實目標已被完全淹沒。從圖11(c)中可以看出，在經過差拍處理后，密集假目標干擾被抑制掉了，真實目標又被恢復了出來。

圖12為雷達在不同情形下的動目標檢測(MTD)結果對比圖，從圖12(a)中可以看出，雷達在未受到干擾時，MTD圖非常干凈，圖中深色區域代表目標所在區。從圖12(b)中可以看出，雷達在受到干擾時，MTD圖都變為深色，表示被密集假目標干擾所污染。從圖12(c)中可以看出，在經過差拍處理后，密集假目標干擾被抑制掉了，MTD圖重新恢復干凈。

圖11 雷達不同情形下的脈壓結果對比圖

圖12 雷達不同情形下的MTD結果對比圖

通過此干擾機實測數據的對抗分析驗證，從實際工程應用方面更進一步驗證了差拍處理算法在干擾抑制方面是有效的結論。

5 結束語

本文通過對差拍處理算法在不同干擾條件下對三型常規欺騙式干擾，密集假目標干擾、示樣脈沖干擾、間歇采樣轉發干擾的抑制效果進行了仿真分析，得出了只要參考信號選取合適、低通濾波器設計合理，都可以將干擾信號有效地抑制掉。最后通過對采集的某型干擾機干擾實測數據進行了對抗分析驗證，從實際工程應用方面更進一步驗證了差拍處理算法在干擾抑制方面是有效的結論。