對抗相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)有源干擾方法研究?

（中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094）

1 引言

當(dāng)前信息化的海上作戰(zhàn)中，所面臨的最大威脅仍然是反艦導(dǎo)彈。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大部分都是基于脈沖壓縮的相參工作體制設(shè)計(jì)的。相參雷達(dá)是利用大時(shí)寬帶寬積的脈沖壓縮波形原理，主要包括相位編碼和線性調(diào)頻兩大類［7］。由于相位編碼信號形式具有良好的低截獲概率特性，且其發(fā)射波形具有類似噪聲的特點(diǎn)，所以在作戰(zhàn)對象為低速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的領(lǐng)域里應(yīng)用較多［11］。艦船目標(biāo)屬于低速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，所以反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)也較多的采用相位編碼的相參工作方式［8］。相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)在探測到目標(biāo)的同時(shí)，通過相參積累的方式獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒域特性，這種方式增加了信息獲取維度，使得相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)具有較好的抗有源干擾能力［1］。

本文在分析相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)技術(shù)特點(diǎn)、波形設(shè)計(jì)特征等的基礎(chǔ)上，仿真分析了有源干擾對相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)的影響，指出了對抗采用相位編碼雷達(dá)的反艦導(dǎo)彈的干擾樣式、干擾技術(shù)以及干擾基本要求。

2 相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)

采用相位編碼體制的末制導(dǎo)雷達(dá)具有良好的低截獲概率，在獲取目標(biāo)時(shí)域特性的同時(shí)，通過相參積累還可以獲取目標(biāo)的多普勒特性，增加了雷達(dá)信息獲取緯度，使得相位編碼體制的末制導(dǎo)雷達(dá)的目標(biāo)識別和選擇能力得到增強(qiáng)，具有一定的綜合抗干擾能力［2］。

相位編碼雷達(dá)信號通常采用偽隨機(jī)數(shù)編碼序列對高頻寬脈沖進(jìn)行相位調(diào)制，采用無周期的編碼方式，類似于隨機(jī)噪聲［4］。二相編碼時(shí)域波形圖如圖1所示。

圖1 二相編碼時(shí)域波形圖

雖然相位編碼雷達(dá)具有低截獲概率［12］和強(qiáng)抗干擾能力的特點(diǎn)，但同樣也伴隨著多普勒敏感、較高的距離旁瓣等問題產(chǎn)生，這和線性調(diào)頻信號完全不同［5］。

相位編碼信號雖然不存在速度和速度之間的耦合關(guān)系，但是卻多普勒頻移十分敏感。如果被壓縮的信號存在多普勒頻移，將會(huì)破壞各子脈沖的相位關(guān)系，從而降低信號的處理增益。特別是在對高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測時(shí)，由多普勒頻移導(dǎo)致的失配比較嚴(yán)重［6］。

從圖2仿真可以看出，當(dāng)fd/B>0.0015時(shí)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的失配，主瓣幅度顯著下降，最大峰值旁瓣與主瓣之比顯著提高。所以，對于編碼信號進(jìn)行多普勒調(diào)制時(shí)，fd的選擇將非常重要［10］。

圖2 相位編碼信號增加多普勒調(diào)制前后

編碼信號的距離旁瓣和子碼的個(gè)數(shù)有關(guān)，子碼越多，脈壓后的主副瓣比越大，距離旁瓣越低。對于單個(gè)編碼信號波形來說，脈壓處理后普遍存在比較高的距離旁瓣。為此，編碼信號在設(shè)計(jì)時(shí)采用脈間編碼規(guī)則不同的波形，通過脈間波形的差異，降低相參積累后的距離旁瓣。在相參積累期間，脈間編碼波形不同是編碼雷達(dá)和線性調(diào)頻雷達(dá)最大的不同。這也決定了對于編碼雷達(dá)的干擾要難于線性調(diào)頻末制導(dǎo)雷達(dá)。

從圖3可以看出，采用脈間編碼波形變化后，目標(biāo)的距離旁瓣明顯降低，旁瓣幅度降低20dB以上。

圖3 脈間碼型變化前后積累圖

總之，采用相位編碼信號體制的相參雷達(dá)和采用線性調(diào)頻信號體制的相參雷達(dá)，其發(fā)射信號的工作時(shí)序，脈間波形調(diào)制樣式等存在較大的差異。這也造成對抗相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)和對抗線性調(diào)頻末制導(dǎo)雷達(dá)，其干擾方法也存在很大的差異。

3 對抗相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)的有源干擾方法設(shè)計(jì)

對抗反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的有源干擾，主要包括壓制式干擾和欺騙式干擾兩大類。壓制式干擾以噪聲連續(xù)波或者準(zhǔn)連續(xù)波為主，主要表現(xiàn)形式包括掃頻干擾，寬帶噪聲干擾，窄帶阻塞干擾，梳狀譜等干擾方式。欺騙式干擾主是通過對偵收到的雷達(dá)發(fā)射信息進(jìn)行數(shù)字儲(chǔ)頻后，再對儲(chǔ)頻信號片段進(jìn)行延遲、速度調(diào)制以及多次復(fù)制，再按照不同的時(shí)序通過干擾發(fā)射機(jī)輻射出去，主要干擾形式包括速度拖引干擾、距離拖引干擾、距離-速度拖引干擾以及多假目標(biāo)干擾［9］。

相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射波采是脈間相干的，而接收系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)窄帶的匹配濾波器。對于傳統(tǒng)的干擾方式，無論窄帶阻塞干擾、寬帶噪聲干擾、掃頻干擾還是梳狀譜干擾，均與雷達(dá)發(fā)射波不相干，因此接收波經(jīng)脈沖壓縮后，能濾除大部分噪聲能量，極大地降低了壓制式干擾的功率利用率，因此壓制式干擾對于線性調(diào)頻體制末制導(dǎo)雷達(dá)不能起到有效的干擾作用［6］。

目前對于相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的有源干擾以欺騙式干擾為主。但近年來，隨著數(shù)字處理能力和運(yùn)算能力的飛躍式發(fā)展，大量復(fù)雜的目標(biāo)識別算法和抗干擾算法的成功應(yīng)用，使得相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的綜合抗干擾能力水平大幅提升。常規(guī)的距離拖引干擾、速度拖引干擾、距離-速度聯(lián)合拖引干擾以及多假目標(biāo)干擾都無法做到同時(shí)對線性調(diào)頻體制末制導(dǎo)雷達(dá)的時(shí)域和頻域特性造成影響，從而導(dǎo)致常規(guī)的欺騙干擾手段效果不佳。

利用相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)工作時(shí)在相參積累期間，載頻、脈沖重復(fù)周期均不變，脈間信號調(diào)制樣式變化的特性，以及相位編碼信號對多普勒敏感的特性，設(shè)計(jì)一種間歇采樣儲(chǔ)頻+多次復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)的有源干擾樣式。該有源欺騙干擾樣式可對相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的時(shí)域和頻域回波同時(shí)造成影響，從而造成雷達(dá)的檢測和識別非常困難，實(shí)現(xiàn)對新型反艦導(dǎo)彈相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的有效干擾。

間歇采樣儲(chǔ)頻+多普勒調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾的實(shí)現(xiàn)過程如下：

1）對接收到每個(gè)脈沖進(jìn)行間歇片段采樣數(shù)字儲(chǔ)頻［3］

首先，對偵收到的雷達(dá)發(fā)射脈沖進(jìn)行片段采樣數(shù)字儲(chǔ)頻。

如圖4所示，當(dāng)艦載雷達(dá)偵察設(shè)備截獲到末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射脈沖信號前沿時(shí)，首先從脈沖前沿開始進(jìn)行片段采樣數(shù)字儲(chǔ)頻，然后再進(jìn)行復(fù)制、調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)。之后再進(jìn)行片段采樣儲(chǔ)頻，然后再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)。交替進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)和片段采樣儲(chǔ)頻，直至該脈沖信號結(jié)束。

圖4 間歇采樣儲(chǔ)頻+多普勒調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾輸出時(shí)序示意圖

片段采樣的信號時(shí)長可以根據(jù)偵察設(shè)備的最大儲(chǔ)頻深度靈活設(shè)置，如圖4所示，采樣存儲(chǔ)片段如圖中所示分別為Δt1、Δt2、Δt3、Δt4等。為了確保干擾的有效性，采用片段的時(shí)長不宜過長或者過短。采樣儲(chǔ)頻片段的時(shí)長以整個(gè)脈沖寬度的十分之一到五分之一為宜。比如脈沖寬度為10μs，則推薦片段采樣的寬度為1μs～2μs為宜。

2）對每個(gè)儲(chǔ)頻片段進(jìn)行多普勒調(diào)制后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)

由于相位編碼信號具有對多普勒敏感的特性，所以需要謹(jǐn)慎對待相位編碼信號的多普勒調(diào)制。

由于相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)在回波信號相參積累期間，載頻和脈沖重復(fù)周期均保持不變。假設(shè)，相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期為PRT，載頻為F0，相參積累個(gè)數(shù)為N。

雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率為PRF=1/PRT；

雷達(dá)發(fā)射信號的波長為λ=c/F0（c為光速）；

雷達(dá)的多普勒分辨率為v=（λ*PRF）/（2N）。

對于相位編碼信號的多普勒調(diào)制應(yīng)該以多普勒分辨率為準(zhǔn)，多普勒調(diào)制范圍在［-5v，5v］之間，這樣才能保障相位編碼信號在脈壓后損失較小。

由于當(dāng)前相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)的距離分辨率已經(jīng)達(dá)到2m～5m的量級，所以艦船目標(biāo)回波已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的面目標(biāo)特征。所以，為了達(dá)到良好的欺騙干擾效果，需要對片段采樣儲(chǔ)頻的信號進(jìn)行多次復(fù)制。其中多次復(fù)制是為了形成多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)，用于模擬艦船回波的多強(qiáng)散射點(diǎn)反射特征。比如對于典型中大型作戰(zhàn)艦船來說可形成5個(gè)左右的強(qiáng)散射點(diǎn)，所以多次復(fù)制的推薦次數(shù)以3～6次為宜。

4 建模仿真

根據(jù)上一節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模仿真。參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

1）編碼信號采用M碼序列，字碼長度255；

2）脈間碼型變化；

3）積累個(gè)數(shù)64；

4）脈沖重復(fù)頻率1000Hz；

5）數(shù)字儲(chǔ)頻片段5段；

6）儲(chǔ)頻片段復(fù)制次數(shù)4次；

7）多普勒速度調(diào)制范圍［-5m/s，+5m/s］之間。

干擾效果圖如圖3所示。

圖5 有源干擾效果圖

5 結(jié)語

本文根據(jù)相位編碼體制末制導(dǎo)雷達(dá)的工作時(shí)序和技術(shù)特點(diǎn)，提出一種間歇采樣儲(chǔ)頻+多普勒調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)的新型干擾樣式。并對間歇片段采樣儲(chǔ)頻的寬度、片段復(fù)制的次數(shù)、多普勒調(diào)制的范圍等策略進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過對新型反艦導(dǎo)彈相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射的每一個(gè)脈沖進(jìn)行片段采樣、儲(chǔ)頻、多次復(fù)制多普勒調(diào)制后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)干擾，可對相位編碼末制導(dǎo)雷達(dá)的時(shí)域和頻域回波同時(shí)造成影響，導(dǎo)致雷達(dá)恒虛警檢測和目標(biāo)特性識別非常困難，具有良好的干擾效能。