一種對雷達射頻掩護的干擾方法研究*

沈義龍，王坤，靳浩，懷洋

(中國洛陽電子裝備試驗中心,河南 洛陽 471003)

0 引言

在與應答式及轉發式有源干擾的對抗博弈過程中，為了提高抗干擾能力，雷達采用射頻(radio frequency,RF)掩護的抗干擾方式[1-2]，取得了較好的對抗效果。其具體做法就是在雷達工作脈沖的前方或后方發射掩護脈沖，一般情況下，掩護脈沖與工作脈沖在頻譜上錯開，脈寬上有所差異或者完全一致，使得干擾機難以區分真實脈沖與掩護脈沖，發生誤判，降低干擾效果甚至使干擾失效。尤其對于基于數字干擾合成技術的干擾機，在多數情況下都會發生頻率引導錯誤，導致干擾無效。

針對這一新情況，本文提出了一種新的干擾策略，即干擾機利用其偵察的時間段對偵收到的信號進行判斷，若發現雷達采用了射頻掩護的抗干擾措施，則將掩護脈沖與工作脈沖看作是一個脈沖簇，對其實施干擾，由于工作脈沖與掩護脈沖在時間上是錯開的，因此采用這種方式并不影響干擾對真實脈沖的功率分配，只是多占了一部分干擾機的時間資源[3-4]。

1 雷達射頻掩護

1.1 雷達常用的射頻掩護的類型

為了達到使干擾機引導錯誤的這一目的，雷達常用的射頻掩護方式一般為前掩護的方式，具體可分為單掩護脈沖和雙掩護脈沖，掩護脈沖與工作脈沖的工作頻率及脈寬一般有所差異，實際中比較常見的射頻掩護有以下幾種，如圖1所示。

圖1 常用的射頻掩護方式

掩護脈沖一般配置于工作脈沖的前方(單掩護模式)，為了增強迷惑性，亦可在工作脈沖前方配置2個掩護脈沖或者前、后方各配置1個掩護脈沖(雙掩護模式)。另外掩護脈沖的工作頻率以及脈沖寬度可以與工作脈沖相同或者不同，圖1分別示意了雷達雙掩護脈沖與單掩護脈沖的不同組合形式。其中，第1行為前后射頻掩護，掩護脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率各不相同；第2行為雙前掩護脈沖，掩護脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率各不相同；第3行為單前掩護脈沖，掩護脈沖與工作脈沖脈寬不同；第4行為單前掩護脈沖，掩護脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率不同。

1.2 雷達射頻掩護的對抗優勢

在本節分析中，假設雷達按照圖1中第4行所示的射頻掩護方式工作。

當雷達不采用射頻掩護時，其發射信號可表示為

(1)

式中:A為信號幅度；T為脈沖寬度；μ為調頻斜率。

當采用射頻掩護時，假設采用前掩護，掩護脈沖信號與工作脈沖信號具有相同的脈內調制特性，脈寬相同，頻率與工作脈沖頻差為Δf，時間間隔為Δt，掩護脈沖可表示為

(2)

采用掩護脈沖時，發射信號可表示為

sRc(t)=s′(t)+s(t-Δt).

(3)

當干擾機采用寬帶噪聲干擾時，雷達是否采用射頻掩護最終的干擾效果一致；當干擾機采用窄帶噪聲干擾時，雷達采用射頻掩護就可能使干擾機發生引導錯誤,使得干擾無效或者迫使干擾機使用較寬頻帶的噪聲,從而降低有效干擾功率，進而削弱干擾效果。

當干擾機采用欺騙干擾時，雷達使用射頻掩護的抗干擾模式時，對于現階段廣泛運用的收發分時類的干擾機，一般采用下降沿觸發的干擾方式[5-7]。當干擾機偵收到前掩護脈沖的下降沿時觸發干擾，以掩護脈沖為目標進行干擾，即發生引導錯誤，而當工作脈沖到來時，干擾機正處于干擾發射狀態，無法對工作脈沖實施干擾，從而導致干擾無效[8-10]。圖2所示即為上述情況下，干擾機的收發時序與雷達射頻掩護時序的對應關系。

圖2 雷達射頻掩護時序與對應的干擾機收發時序

從圖2可以明顯看出，干擾機在接收到前掩護脈沖后，以前掩護脈沖為樣本，立即觸發干擾，干擾信號載頻為f1；而當雷達載頻為f0的工作脈沖到達干擾機時，干擾機正處于發射狀態，無法對雷達工作脈沖有效偵收，從而無法實施有效的干擾。

2 干擾方法

2.1 常用的應對措施及其分析

通過第1部分的分析可知，雷達在采用射頻掩護的抗干擾措施時，干擾效果削弱甚至無效的主要原因是干擾機沒有正確識別射頻掩護脈沖與工作脈沖。針對這一情況，目前有2種較為常見的處理方法：

方法1為采用噪聲干擾，即采用能夠覆蓋掩護脈沖頻率及工作脈沖頻率的寬帶噪聲或者窄帶噪聲，實現對雷達射頻掩護的干擾。噪聲干擾的方式干擾信號能量利用率低，干擾效益較低，尤其對于相參體制的雷達，干擾效果急劇下降。

方法2為采用數字射頻存儲技術，增加脈沖存儲的深度[11]，使得存儲時間長度不小于掩護脈沖及工作脈沖的總時長之和。將這種情況下存儲的全部信號(包括射頻掩護信號)作為樣本，進行欺騙干擾調制；接收時間到后轉入干擾，干擾過程中同時(疊加)輸出對各接收脈沖的干擾信號，從而實現對雷達射頻掩護的有效干擾。該方法的干擾時序如圖3所示。

圖3 增加存儲深度后的干擾時序

該方法通過增加脈沖存儲的深度，能夠保證對工作脈沖實現干擾，但當雷達采用的工作脈沖與前掩護脈沖之間間隔時間較長時，產生的欺騙干擾信號經雷達信號處理之后將遠遠落后與目標回波信號，非常容易被雷達操作手識別。按照本文所述的射頻掩護方式，其干擾的表達式為

Jam(t)=sRc[t-(2T+Δt)],

(4)

式中:T為脈沖寬度。不難看出，干擾延遲時間為(2T+Δt)，當延遲時間較長時，干擾將遠遠滯后于目標。

針對這一情況，一個較為簡易的改進措施即為跨周期干擾[12-14]：干擾機在偵收到全部信號后，暫不發送干擾，等待雷達的下一個工作周期再釋放干擾，這樣便可靈活控制干擾信號與回波信號之間的時序關系，從而使得操作手無法判別，達到欺騙干擾的目的，其表達式為

Jam′(t)=sRc(t-PRT-Δt′),

(5)

式中:PRT為脈沖重復周期;Δt′為可控的時間延遲，通過調整，可以控制干擾與目標回波的時間關系，甚至達到干擾超前目標回波的效果，使得操作手難以區分目標與干擾，達到干擾的目的。但是，這種方式無法適應頻率捷變。

2.2 基于脈沖簇判斷的干擾方法及其分析

根據2.1節的分析可知，現行的針對射頻掩護的干擾措施均存在一定的不足。本文提出了基于脈沖簇判斷的干擾方法，采用直接數字合成技術，能夠有效解決上述2種方法中的不足。

在干擾機偵偵收階段，添加一個簡單的邏輯判斷鏈路，即通過信號偵察，將間隔較小的脈沖串聯起來作為一個脈沖簇，通過信號的分選識別，得到該脈沖簇的信號特征，具體包括該簇脈沖中各個脈沖的信號狀態字及各個脈沖的時間關系，將該脈沖簇的信息作為一個整體干擾對象。在內存中開辟一段空間存儲威脅庫，將上述脈沖簇的特征添加至威脅庫。

在干擾階段，當干擾機偵收到脈沖簇信號時，首先通過部分特征(如起始脈沖的頻率)與威脅庫匹配，若匹配失敗，則將當前脈沖簇信息添加至威脅庫；若匹配成功，立即轉入干擾，干擾機根據威脅庫中的信息，直接產生相應的干擾信號。圖4為脈沖簇干擾方法及干擾時序示意圖。

通過威脅識別與庫匹配的手段，能夠快速生成干擾信號，克服了干擾信號滯后時間長的不足，能夠適應雷達工作脈沖與前掩護脈沖時間間隔較長的情況，使得雷達操作手難以區分目標回波與干擾，實現對對雷達射頻掩護的有效干擾。

對于射頻掩護加頻率捷變的抗干擾方式，由于干擾機不斷地將脈沖簇信號特征添加至威脅庫的原因，在干擾機瞬時帶寬及干擾通道允許的條件下，仍具有一定的適應性。

3 仿真及實驗情況

本節主要對第2節提到的干擾方法進行仿真[15]，直觀地給出其干擾效果。仿真中假設雷達采用前射頻掩護的模式，掩護脈沖與工作脈沖工作頻率分布為3.0 GHz，3.1 GHz，脈寬均為50 μs，重復周期為3 ms，間隔為22 μs。仿真結果中，圖5為雷達射頻掩護信號的特征，其中a)，c)為發射信號的時域及頻域特征，b)，d)為接收信號中頻經脈沖壓縮后的信號特征。從中不難看出雷達僅對3.1 GHz的工作脈沖進行匹配濾波處理，對于掩護脈沖不作處理。

圖6為不同干擾樣式的干擾效果圖。其中，圖6a)為未采取改進前，干擾機按照下降沿觸發的原則釋放干擾，在本例中，干擾機收到前掩護脈沖的下降沿即觸發干擾，最終使得干擾以掩護脈沖為對象進行干擾，發生干擾引導錯誤，最終干擾無效。圖6 a)上半部分表明，在時域上，接收信號經脈壓后，僅在目標位置處有一個峰值，而干擾則沒有任何峰值，干擾無效；圖6 a)下半部分表明，在頻域上，工作脈沖的3.1 GHz附近沒有干擾信號。時、頻域均表明，干擾無效。

圖5 射頻掩護信號特征

圖6b)為采用本文提到的方式2應對方式時的干擾效果。干擾機通過增加數據存儲深度，待將掩護脈沖與工作脈沖全部接收完成后，再共進行調制轉發，生成最終的干擾信號。這種做法將掩護脈沖與工作脈沖同時干擾，在原理上可以保證工作工作脈沖受到干擾，但是干擾發出的時間不小于“掩護脈沖寬度+脈沖間隔+工作脈沖寬度”，在本例中為122 μs(50 μs+22 μs+50 μs)，這種時間長度，將導致距離最近的干擾信號回波滯后于目標回波18.3 km，干擾很容易被操作手識別，因此雖然有干擾，但是該方式不可取。圖6 a)上半部分表明，在時域上，干擾滯后目標較多；下半部分則表明，在頻域上干擾的真實存在。

圖6 干擾仿真

圖6c)為針對圖6 b)所采用的方式2的一種改進策略，即在該方式的基礎上采用跨周期的干擾策略，通過對雷達工作周期的準確測量，改變干擾在時域上的出現位置，實現干擾與目標出現位置一致，甚至部分超前的情況，如圖6 c)的上半部分。但是采用跨周期干擾的方式無法適應頻率捷變，即雷達在射頻掩護的抗干擾的基礎上疊加上頻率捷變的抗干擾措施，則該方式干擾無效。

圖6d)為采用本文提到的方式3應對方式時的干擾效果。干擾機在脈沖簇的識別與庫匹配之后，按照庫里的信號參數，通過直接數字信號生成，經調制后形成干擾信號。干擾信號的滯后時間由脈沖簇識別與庫匹配的時間決定。在當前的技術水平下，識別與匹配的總時間可以控制在微秒量級，干擾信號可以較快發出，干擾滯后較少，不易被識別。具有一定的適應頻率捷變信號的能力。從圖中的時、頻域分析可知，干擾信號滯后時間較短，干擾有效。

4 結束語

綜上所述，在對抗雷達射頻掩護的研究與實踐中，采用寬帶噪聲或是瞄頻噪聲的干擾方式，由于干擾與雷達信號相關性差，無法得到雷達信號處理中的脈沖壓縮及脈沖積累等過程的增益，在對抗過程中劣勢較為明顯。

單純基于下降沿觸發的轉發式干擾，由于發生干擾引導錯誤，導致干擾無效。

增加脈沖存儲深度后的轉發式干擾，在對抗長脈沖的過程中，會產生干擾滯后目標距離較遠的情況，容易被操作手識別，從而剔除干擾。經過改進后，即采用跨周期干擾后，干擾的實時性降低，且無法適應頻率捷變的信號樣式。

基于本文提出的脈沖簇的識別方法，能夠很好克服長脈沖的情況，可靠地保證干擾發出時間，不會產生干擾遠遠落后于目標的情況。另外，由于威脅庫的創建，對頻率捷變的信號樣式具有一定的適應性。