一種針對LFM 雷達(dá)的非均勻間歇采樣干擾樣式

李惠東，趙忠凱

哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001

由 于 線 性 調(diào) 頻(linear frequency modulation，LFM)信號(hào)具有大時(shí)、寬帶、寬積的特點(diǎn)，且其進(jìn)行脈沖壓縮后能夠獲得較高的處理增益，使得它不僅能夠較好地解決雷達(dá)的作用距離與距離分辨力兩者之間的矛盾，還能夠使得與雷達(dá)發(fā)射波形不匹配的干擾信號(hào)無法獲得較大的處理增益，從而更容易被識(shí)別出來；所以線性調(diào)頻信號(hào)在雷達(dá)上獲得了廣泛應(yīng)用[1]。因此如何進(jìn)行有效的相干干擾已成為雷達(dá)對抗領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

為了能夠有效干擾LFM 雷達(dá)，眾多學(xué)者提出了多種干擾方式。文獻(xiàn)[2?6]提出了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾，它利用DRFM 技術(shù)對雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行間歇采樣并轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)后能夠在真目標(biāo)附近產(chǎn)生相干多假目標(biāo)串，形成欺騙效果，并且其收發(fā)分時(shí)的工作方式能夠大大減少干擾機(jī)內(nèi)對天線隔離度的要求，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。文獻(xiàn)[7?10]提出了靈巧噪聲干擾，它不僅具有欺騙干擾效果，還具有一定的壓制干擾效果，它主要是由干擾機(jī)對采集到的雷達(dá)信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行噪聲調(diào)制，從而在時(shí)域和頻域上能夠在真實(shí)目標(biāo)回波附近產(chǎn)生很多密集的假目標(biāo)串，形成欺騙和壓制效果。

但是從文獻(xiàn)[11]可以看出，采用均勻間歇采樣方式轉(zhuǎn)發(fā)的靈巧噪聲干擾信號(hào)峰均比較高，而單純的均勻間歇采樣干擾信號(hào)只具有欺騙效果。針對這一缺陷，本文研究了利用非均勻間歇采樣方式對信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)的干擾效果，仿真分析了其干擾壓制效果和欺騙效果。

1 相關(guān)原理介紹

1.1 間歇采樣干擾原理

假設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)的表示如下：

式中：T為脈寬； k為調(diào)頻斜率，且k=B/T，其中B為頻率變化范圍；f0為信號(hào)起始頻率。

一般的間歇采樣信號(hào)為一個(gè)矩形包絡(luò)脈沖串，脈寬為τ，周期為Ts，占空比為τ/Ts。矩形包絡(luò)脈沖串信號(hào)表示如下：

在干擾機(jī)截獲到雷達(dá)信號(hào)后，使用采樣脈沖串對其進(jìn)行采樣處理，則采樣后的信號(hào)為

間歇采樣信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)后，雷達(dá)經(jīng)過匹配濾波處理后得到的脈沖壓縮信號(hào)為

引入雷達(dá)信號(hào)的模糊函數(shù)可以得到

式中 χ(τ,ξ)為 雷達(dá)信號(hào) x(t)的模糊函數(shù)。

則經(jīng)過匹配濾波后的輸出信號(hào)的表達(dá)式為

式中： τ為 脈寬； fs=1/Ts，其中 Ts為采樣周期。

由式(1)、(2)可知，干擾信號(hào)經(jīng)過雷達(dá)匹配濾波處理后， ysn(t)為 不同多普勒頻移為 fd=n fs的目標(biāo)回波信號(hào)的脈壓處理結(jié)果， ys(t)可以看做為大量具有不同多普勒頻移的目標(biāo)回波輸出的加權(quán)和[12]。

1.2 靈巧噪聲干擾原理

靈巧噪聲干擾有卷積靈巧噪聲干擾和乘積靈巧噪聲干擾2 種，本文采用的是乘積靈巧噪聲干擾。乘積調(diào)制靈巧噪聲的信號(hào)產(chǎn)生方法為：首先產(chǎn)生2 個(gè)窄帶高斯白噪聲 I(i) 、 Q(i)，則噪聲信號(hào)為

2 非均勻間歇采樣干擾

非均勻間歇采樣過程如圖1 所示。

圖1 非均勻間歇采樣過程示意

圖1 中1、3、5、7 為非均勻采樣脈沖串采樣以及轉(zhuǎn)發(fā)的雷達(dá)信號(hào)，2、4、6、8 為未采樣的雷達(dá)信號(hào)。非均勻間歇采樣的采樣信號(hào)也是一個(gè)矩形包絡(luò)脈沖串，每個(gè)脈沖的脈寬為 τn，周期為 2τn，占空比為50%，矩形包絡(luò)脈沖串信號(hào)表示如下：

則經(jīng)過匹配濾波后的輸出信號(hào)的表達(dá)式為

附近。且由式(4)可知，相鄰兩階 ysn(t)信號(hào)的峰值點(diǎn)相距

式(5)表明，相鄰假目標(biāo)之間的間隔為 ?t。

本文采用的非均勻間歇采樣的采樣脈沖串由m 序列產(chǎn)生，具體產(chǎn)生方法為利用m 序列的隨機(jī)性，在生成的m 序列中取相連的0 個(gè)數(shù)來作為采樣脈沖寬度，最終得到非均勻的采樣脈沖串，如圖2 所示。

圖2 非均勻采樣脈沖串產(chǎn)生方法示意

設(shè)m 序列中相連0 的個(gè)數(shù)組成的序列為 m0(k)，k ∈(1,N)， N 為 m0(k)的維度。則生成的非均勻脈沖串 m(t)的 脈寬為 m0(k)×M ， M為碼元寬度。

3 仿真結(jié)果

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射起始頻率為1 MHz、脈寬為100 μs、帶寬為30 MHz 的線性調(diào)頻信號(hào)，如圖3 所示。采樣率為200 MHz，則在采樣脈沖周期4 μs、采樣脈沖寬度2 μs 的均勻間歇采樣方式下和在采樣脈沖碼元寬度為1 μs 的非均勻間歇采樣干擾下的干擾信號(hào)如圖4 所示，脈壓輸出結(jié)果如圖5 所示。

圖3 線性調(diào)頻信號(hào)

圖4 干擾時(shí)域信號(hào)

從圖5 可以看出，采用非均勻間歇采樣干擾不僅具有均勻間歇采樣干擾的欺騙干擾效果，還具有一定的壓制效果，干擾效果相較于均勻間歇采樣方式更顯著。

圖5 干擾脈壓結(jié)果對比

當(dāng)m 序列的碼元寬度分別為0.5、2 μs 時(shí)，非均勻間歇采樣干擾脈壓輸出結(jié)果如圖6 所示。

圖6 非均勻間歇采樣不同碼元寬度干擾脈壓對比

從圖5、6 可以看出，隨著m 序列碼元寬度逐漸增加，非均勻間歇采樣干擾的干擾距離也在逐漸增加。

如圖6(b)所示，碼元寬度為2 μs 的非均勻間歇采樣干擾信號(hào)0 階假目標(biāo)距真目標(biāo)為4 μs，即2 倍的碼元寬度；0 階假目標(biāo)與1 階假目標(biāo)相距0.37 μs。

如果采用靈巧噪聲干擾，設(shè)噪聲調(diào)頻帶寬為5 MHz，則在采樣脈沖周期4 μs、采樣脈沖寬度2 μs的均勻間歇采樣方式下，靈巧噪聲干擾和采樣脈沖碼元寬度為1 μs 的非均勻間歇采樣干擾的時(shí)域圖如圖7 所示，它們的脈壓輸出結(jié)果如圖8所示。

圖7 干擾信號(hào)時(shí)域?qū)Ρ?/p>

圖8 干擾脈壓結(jié)果對比

從圖7、8 可以看出，采用非均勻間歇采樣干擾在峰均比較低的情況下具有的壓制效果，與采用均勻間歇采樣方式的靈巧噪聲干擾的壓制效果相差不多，且靈巧噪聲干擾的噪聲信號(hào)的產(chǎn)生在硬件上實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，而非均勻間歇采樣干擾實(shí)現(xiàn)方式較簡單，故非均勻間歇采樣干擾更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

1)對于均勻間歇采樣干擾這樣的欺騙型干擾來說，采用非均勻間歇采樣方式進(jìn)行干擾不僅具有欺騙效果，還具有一定的壓制效果，干擾效果比采用均勻間歇采樣方式的干擾效果要更好，且隨著m 序列碼元寬度的增加，壓制距離變得更寬；

2)對于靈巧噪聲干擾這樣的壓制型干擾來說，采用非均勻間歇采樣干擾的峰均比更低，且更易實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用效果會(huì)更好，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。