信號失配對密集假目標干擾效果影響分析

賀方君，劉學龍，王 鵬，費曰振，李 宇

（中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽471000）

0 引言

密集假目標干擾技術是遠距離支援干擾中的重要方法，是為了在有限干擾功率的基礎上，利用假目標干擾技術擴大雷達的壓制距離。然而，雷達干擾作戰中，經常會出現干擾機采集到的雷達信號難以與雷達信號相匹配，因此，有必要研究信號失配情況下的密集假目標干擾效果，為雷達對抗訓練中的密集假目標干擾效果評估提供依據。

1 密集假目標干擾機理分析

密集假目標干擾的基本思路是：1）采用與雷達信號相同的干擾信號，以使干擾信號與雷達接收機良好匹配，使干擾獲取雷達脈壓措施等信號處理增益；2）采用多個周期與雷達信號同步的信號，獲取雷達的積累增益，并避免雷達抗異步干擾電路對干擾信號的濾除；3）在能量上滿足雷達檢測需求，同時控制假目標密度，防止雷達恒虛警（CFAR）對干擾信號的濾除。通過上述技術途徑，在雷達終端形成大量的干擾假目標，達到掩蓋、擾亂真實目標的目的[1]。

密集假目標干擾信號產生的原理如圖1所示，是在寬帶數字射頻存儲技術的基礎上，通過硬件數字信號處理技術對接收到的雷達發射信號進行高速的多抽頭數字延時，以形成相參的高密度假目標信號。

圖1 密集假目標干擾信號原理框圖

當假目標干擾系統接收到雷達發射的信號以后，先將其輸入低通濾波器以濾除無用的信號；然后進行多比特A/D量化產生數字信號；將數據分路后送給數據運算器（DSP）；數據運算器完成對采樣數據的多抽頭數字延時相加并將數據存于隨機存儲器RAM中。其后，數據合路器將運算后的數據還原為高速數字流；D/A將數字信號還原為模擬信號；輸出低通濾波器濾除時鐘雜散和高次諧波信號并輸出；時序控制器用于控制各部分的時鐘及同步關系。

2 中心頻率失配對干擾效果的影響分析

干擾機要達到對雷達的有效干擾，首先要使干擾信號的頻率與雷達信號的頻率一致，才能使得干擾信號進入雷達接收機，起到干擾雷達的作用[2]。在現代電子戰中，變頻抗干擾是雷達的一項主要抗干擾技術，當雷達干擾機無法做到跟蹤雷達載頻快速變頻時，必然會存在載頻失配問題。當干擾機發射的假目標信號與雷達載頻失配時，根據雷達接收機帶通濾波特性，假目標幅度減小。

設雷達接收機的高頻和中頻部分總的通頻帶BRI取為最佳帶寬Bopt，考慮到回波信號頻率的漂移，帶寬增加一個定值Δfx，所以有：

式中，Δfx對有自動頻率控制的接收機通常取剩余失諧的2倍，其值一般為0.1～0.5 MHz。

假設雷達的發射信號線性調頻帶寬是1 MHz，雷達接收機帶寬為1.2 MHz，雷達中頻為10 MHz，假目標干擾信號中心頻率偏移雷達信號中心頻率Δfj，則假目標信號經巴特渥斯濾波器后，能量衰減情況如圖2所示，當假目標載頻偏離雷達中心頻率5 MHz時，經濾波后，假目標幅度衰減25 dB，偏離10 MHz時，衰減37 dB。

圖2 假目標干擾信號經巴特渥斯濾波器能量衰減圖

通過以上分析可知，假目標干擾信號與雷達中心頻率的偏差，會影響雷達接收多假目標干擾信號的幅度，假目標信號經濾波后會有較大能量損失，從而降低了多假目標的干擾效果。根據雷達檢測特性，假目標能量的損失將表現在雷達檢測到假目標概率的降低，最終體現在雷達屏幕上假目標點跡減少。由于雷達的接收機靈敏度高，如果假目標干擾的功率足夠大，則在載頻失配情況下，仍會對雷達形成一定干擾效果[3]。

頻率失配對干擾效果的影響如圖3所示，圖3(a)為干擾信號與雷達中心頻率對準時的干擾效果，圖3(b)為干擾信號與雷達中心頻率偏差5 MHz時的干擾效果，圖3(c)為干擾信號與雷達中心頻率偏差10 MHz時的干擾效果。

圖3 密集假目標干擾信號與雷達頻率失配時干擾效果

3 脈寬、帶寬失配對干擾效果的影響分析

由雷達的信號處理過程可以知道，雷達信號的時寬帶寬積是一定的，即信號處理后信號的壓縮比是一定的，只有在匹配濾波時才能得到最大信噪比。實際作戰中，敵方雷達的信息是未知的，干擾機往往無法得到對雷達信號的良好采樣，干擾信號在脈沖寬度和帶寬上與雷達信號會存在差別，差別的大小將影響其對雷達的干擾效果[4]。

3.1 脈寬失配分析

假設干擾機偵收到雷達的線性調頻信號脈沖寬度為35 μs，調頻帶寬為7 MHz，干擾機假目標采樣與雷達完全匹配，并轉發對雷達實施假目標干擾，假設雷達接收到的假目標干擾信號的幅度為1 V，雷達系統噪聲的幅度為0.1 V，線性調頻信號＋噪聲的脈沖壓縮（匹配濾波）仿真圖如圖4所示，由匹配濾波的原理可知當信號匹配濾波時可得到最大信噪比，此時信噪比為19 dB。

圖4 匹配濾波時的脈沖壓縮圖

但實際作戰中，當雷達干擾機偵到的雷達信號較弱時，干擾機采樣信號將與雷達在脈寬上失配，假設干擾機只能偵收到一半脈寬就進行假目標干擾，此時雷達接收到假目標干擾信號的幅度為1 V，此時的假目標信號經過雷達接收機及脈沖壓縮的仿真效果如圖5所示。

圖5 半脈寬時濾波的脈沖壓縮圖

從圖5的左半部分可以看出，脈寬不匹配時，經濾波處理后，表現出2個特征，一是脈壓后的信號幅度是匹配濾波時的一半，此時信噪比為16.1 dB，信噪比與匹配濾波時相比降低了2.9 dB；二是濾波輸出的信號被展寬，且信號兩邊出現的副瓣明顯高于脈寬匹配時輸出波形。

圖6是干擾機假目標采樣信號與雷達信號不同脈沖寬度失配條件下，雷達接收到假目標信號的脈沖壓縮效果圖。可以看出脈沖壓縮后的信號幅度與干擾機假目標干擾信號脈沖寬度匹配程度成正比。

圖6 不同脈沖寬度濾波輸出信號幅度圖

通過以上的分析可知，當假目標干擾信號與雷達信號在脈寬上失配時，經雷達接收機匹配濾波處理后，假目標幅度將明顯小于脈寬匹配條件下的幅度，假目標信噪比降低，所以假目標干擾效果表現出進入雷達接收機的假目標點跡數量減少。但是，如果雷達檢測門限過低，假目標兩邊的副瓣信號也會通過雷達檢測門限，則在雷達上會表現為假目標數量比匹配時更多。

圖7是某雷達以脈寬64 μs工作時，干擾機分別以64 μs、16 μs脈寬實施假目標干擾的圖像，圖 7（a）是干擾機發射64 μs脈寬干擾信號的圖像，此時為脈寬匹配干擾；圖7（b）是干擾機發射16 μs脈寬干擾信號的圖像，脈寬失配。可以看出，在脈寬失配的情況下，假目標信噪比有了明顯降低，表現為假目標點數變少。

圖7 干擾信號脈寬與雷達失配時的干擾效果

3.2 帶寬失配分析

當雷達干擾機不能實現對雷達信號的良好采樣時，不僅存在脈寬上的失配，同時也會存在調制信號帶寬上的失配。

雷達工作帶寬與假目標干擾信號帶寬示意圖如圖8所示。

圖8 干擾信號帶寬與雷達信號帶寬偏差圖

圖8中的雷達工作帶寬是固定的，且為7 MHz，如果干擾機偵收到的雷達信號較弱，則干擾機假目標采樣信號與雷達信號失配，調制帶寬為6 MHz，干擾機發射一個調制帶寬為6 MHz干擾信號。

設干擾信號與雷達工作頻率中心一致，當干擾機偵收雷達信號太小或太強時，干擾機發射的假目標信號調頻帶寬分別為6 MHz和10 MHz，脈沖寬度均為35 μs，經雷達接收機接收并放大后干擾信號的幅度為1 V。雷達工作帶寬為7 MHz（即信號帶寬），脈寬為35 μs，系統噪聲幅度為0.1 V，干擾信號經過雷達接收機濾波及信號處理脈壓后的仿真圖如圖9～11所示[5]。

圖9是與雷達信號相匹配的假目標干擾信號加噪聲脈壓效果圖，信噪比為19 dB。圖10是調頻帶寬為6 MHz假目標信號失配濾波輸出，信噪比為12.8 dB。圖11是調頻帶寬為10 MHz假目標信號失配濾波輸出，信噪比為11.5 dB。調頻帶寬為6 MHz的假目標信號脈壓后信噪比較匹配濾波降低了6.2 dB，調頻帶寬為10 MHz的假目標信號脈壓后信噪比較匹配濾波降低了7.5 dB，因此可以看出，帶寬失配越大，脈壓的損失也越大，同時脈寬展寬。

圖12是不同帶寬的干擾信號經過雷達接收機及信號處理脈沖壓縮后的輸出損失圖。可以看出不同帶寬的干擾信號脈沖壓縮后的信號損失在偏離雷達工作帶寬1.2 MHz內的變化比較明顯，達到了8 dB；當干擾信號偏離雷達工作帶寬4 MHz時，達到9.3 dB。

圖13是某雷達以調頻帶寬5 MHz工作時，干擾機分別以5 MHz、1 MHz的調制信號脈寬實施假目標干擾的P顯圖像。圖13（a）是干擾機發射5 MHz調制脈寬干擾信號的圖像，此時為脈寬匹配干擾。圖13（b）是干擾機發射1 MHz調制帶寬干擾信號的圖像，帶寬失配。可以看出，在帶寬失配的情況下，假目標信噪比有了明顯降低，表現為假目標點跡數量變少，與仿真結果相符。

圖9 與雷達信號相匹配的假目標干擾信號脈壓圖

圖10 6 MHz調頻帶寬假目標干擾信號脈壓圖

圖12 不同調頻帶寬信號濾波輸出信號幅度圖

圖13 干擾信號調制帶寬與雷達失配時的干擾效果

通過以上的分析可知，干擾機在產生假目標干擾信號時，其脈內調制參數很重要，干擾信號在中心頻率和脈沖寬度與雷達參數一致時，信號的調制帶寬對干擾信號進入雷達的能量影響較大。

4 結束語

本文針對干擾機采集的雷達信號與真實雷達信號存在失配的現象，分別分析了中心頻率、脈寬和帶寬失配對密集假目標干擾的效果影響，通過仿真分析和實裝驗證表明，信號失配程度越大，密集假目標效果越差，因此，在作戰和訓練中，應充分考慮干擾機偵察雷達信號的頻率、帶寬和脈寬精度，確保發揮干擾機的最大效能。■