一種基于DRFM的針對LFM雷達的自適應復合干擾技術

徐 磊，俞成龍，陳 旭

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

線性調頻(LFM)信號脈沖壓縮雷達，因其具有良好的功率優勢，以及對回波多普勒不敏感的特性，具有廣泛的應用[1-2]。在數字射頻存儲器(DRFM)技術的發展推動下，干擾技術也得到了快速發展，傳統的模擬干擾變為了數字干擾，轉發信號與原始信號具有很高的相干性[3]，且干擾信號相關性好，使干擾具備壓制、欺騙的雙重特性，能有效對抗雷達的脈壓系統，功率利用率高，干擾效果好。對雷達輻射源信號脈內特征評估的研究成為雷達對抗領域中的一個研究方向[4]。基于DRFM技術的干擾有全脈沖轉發干擾、式樣脈沖干擾、準式樣脈沖干擾等[5]。文獻[6]對基于DRFM技術的干擾進行了研究，將截獲到的信號進行幅度、頻率、相位調制后作為干擾信號轉發給雷達，得到較好的干擾效果。LFM信號的距離多普勒耦合特性使得移頻轉發干擾具有較好的干擾性能。針對LFM脈沖壓縮雷達開展基于DRFM技術的移頻調制干擾技術研究具有十分重要的意義。

現有的移頻欺騙干擾易被雷達識別，壓制干擾全距離段壓制，造成功率浪費，且欺騙壓制分時實施，針對此問題，本文提出一種基于DRFM技術的自適應壓制欺騙復合干擾方法，產生以掩護目標為中心的可設寬度的條帶式壓制干擾和預設起始干擾位置的距離拖曳式欺騙干擾，并且壓制欺騙干擾同時實施。給出了移頻干擾對LFM雷達的干擾機理，給出自適應干擾信號的模型及實現步驟，并進行了大量仿真實驗和性能分析。

1 移頻干擾對LFM雷達的干擾機理

LFM信號是一種常用的雷達脈沖信號，具備大時寬帶寬積的優勢，可用脈沖壓縮獲取增益，并且對目標回波信號的多普勒頻移不敏感，技術較為成熟[7]。雷達接收到目標反射回的電磁波，在信號處理系統中進行脈沖壓縮，實質上是對雷達回波信號進行匹配或降旁瓣失配濾波處理。在匹配濾波處理中，與雷達發射波形不相關的干擾信號不能獲得相應的處理增益，提升了雷達的抗非相參干擾能力。

LFM信號定義為：

(1)

移頻干擾信號是由 DRFM 系統對截獲的線性調頻雷達信號相位調制后轉發而形成的，干擾信號進入雷達接收機后，相對于原信號，其信號頻率發生了fψ的頻移，移頻干擾信號定義為：

(2)

經匹配濾波器后輸出的信號為[8]：

0

(3)

(4)

雷達接收到的相同功率的目標回波匹配濾波輸出峰值ymax和移頻干擾回波失配濾波峰值yψmax關系為：

(5)

2 基于DRFM的自適應壓制欺騙復合干擾方法

針對LFM雷達，設計了一種基于DRFM技術的自適應壓制欺騙復合干擾方法。該方法對接收到的雷達信號進行式樣截取，通過對截取信號進行移頻調制，在距掩護目標指定距離處形成欺騙干擾，在脈間內利用窗函數特性曲線對移頻量進行二次調制，產生自適應距離拖曳干擾。根據截獲的雷達信號時寬、帶寬和預設的干擾位置自動計算欺騙干擾的移頻量，根據拖曳策略及選定的窗函數生成二次移頻量。通過對截取信號進行移頻調制的同時進行變調頻斜率調制，以掩護目標為目的在目標位置形成可設寬度的條帶式壓制干擾。根據截獲的雷達信號時寬、帶寬和掩護目標的位置計算壓制干擾的移頻量，根據設置的壓制范圍自動計算調頻斜率調制量。

信號模型如圖1所示，單個脈沖內期望得到的干擾效果如圖2所示。

圖1 干擾信號模型示意圖

圖2 單個脈沖干擾期望效果圖

自適應干擾具體實現步驟如下，流程圖如圖3所示。

圖3 自適應干擾方法流程

(1) 截取雷達信號并對參數進行分析，獲得截取段的線性調頻信號時寬寬度T1，帶寬寬度B1。

(2) 計算截獲的雷達信號調頻斜率K，給出干擾機轉發延時時間t0。

(3) 生成干擾(分2種情況)：

① 生成條帶式壓制干擾J1

(a) 設置以掩護目標為中心的條帶式壓制干擾壓制范圍J1R。

(b) 計算該壓制范圍下變調頻斜率調制后的調頻斜率k1:

(6)

式中：a為調頻斜率改變系數；C為光速；K為原信號調頻斜率；J1R為壓制范圍；T1為截取信號的時寬。

(c) 計算將條帶式壓制干擾中心調制到掩護目標位置的移頻量fJ1ψ：

(7)

(d) 生成干擾中心與被掩護目標位置重合的條帶式壓制干擾J1。

② 生成欺騙干擾

以下公式中B為雷達信號帶寬可根據偵察估計值確定，如無法確定則取B1。

(a) 設置初始干擾距離J2R0，即經雷達匹配濾波后第一個干擾脈沖距離被掩護目標的距離，滯后被掩護目標為正，超前目標為負。

(8)

(b) 計算第1個轉發脈沖的初始頻移量fJ2ψ0。

(9)

式中：移頻范圍為[-B1，B]。

(c) 設置欺騙干擾策略，選擇脈間距離拖曳干擾以初始干擾距離為起點后拖或前拖，如后拖，移頻量逐個脈沖減小；如前拖，移頻量逐個脈沖增加，具體移頻量計算見(d)。

(d) 計算第i個脈沖的移頻量fJ2ψi。

前拖干擾二次移頻最大值為fΔψmax=B-fJ2ψ0，后拖干擾二次移頻最小值為fΔψmin=-B1-fJ2ψ0。

設對雷達進行N脈沖時間干擾，取點數為2N的窗函數為w，則前拖干擾第i個移頻增量為fΔψmax×w(i)，后拖干擾第i個移頻增量為fΔψmin×w(i)。

(e) 生成距被掩護目標指定距離為起始的前拖或后拖自適應欺騙干擾J2。

(4) 將壓制干擾和欺騙干擾進行加權調制，形成復合干擾：

(10)

式中：n為掩護目標個數，n∈(1，2，…，K)；α，β為壓制干擾和欺騙干擾權重。

場景應用實例：干擾機掩護5架突防飛機，在遠區時，將n設置為5，權重β調節為0，干擾機對LFM雷達實施遠距離多條帶式壓制干擾。飛機突防到一定距離后，調節權重α，β值，干擾機對LFM雷達實施壓制和欺騙復合式干擾。在近區時，根據突防的飛機數量調節n值，將權重α調節為0，干擾機對LFM雷達實施距離拖曳式欺騙干擾。

3 仿真分析

參數設計：雷達信號帶寬B=50 MHz，時寬T=50 μs，重復周期fPRT=250 μs，采樣率Fs=100 MHz，底噪功率P1=-10 dB，信號功率P2=0 dB，數字儲頻截取時寬T1=25 μs，等待轉發時間t0=0.1 μs，干擾機及掩護目標距雷達距離R=15 km，壓制干擾覆蓋范圍J1R=950 m，壓制干擾幅度調制α=60 dB，欺騙干擾距掩護目標初始距離J2R0=5 km，欺騙干擾幅度調制β=30 dB，拖曳方式為后拖，移頻調制窗函數w選擇hamming窗。常規移頻干擾移頻量為-8.233 MHz。

仿真結果如圖4～圖7所示。

圖7 常規移頻干擾下多脈沖脈壓結果

圖4給出了雷達初始脈沖受干擾前后脈壓結果的對比，受干擾前雷達可正常檢測到目標，受到自適應干擾后，以被掩護目標為中心產生條帶式壓制干擾效果，距離掩護目標5 km處產生欺騙干擾效果。

圖4 初始脈沖受干擾前后脈壓結果對比圖

圖5、圖6給出了干擾前后多脈沖脈壓結果對比仿真三維圖和俯視圖，受干擾前雷達可正常檢測到目標，受到自適應干擾后，在32個脈沖持續時間內，以被掩護目標為中心持續存在條帶式壓制干擾效果，距離掩護目標5 km處產生的欺騙干擾逐個脈沖向后拖曳。圖7給出了常規移頻干擾下多脈沖脈壓結果，在距離掩護目標5 km處產生欺騙干擾效果，常規移頻干擾易被雷達識別。

圖5 干擾前后多脈沖脈壓結果對比三維圖

圖6 干擾前后多脈沖脈壓結果對比俯視圖

由Matlab仿真結果得知干擾效果和設計保持一致，本文所提自適應干擾方法能對LFM雷達產生較好的干擾效果，且不易被雷達識別。

4 結束語

基于數字儲頻技術，提出了一種針對LFM雷達脈沖壓縮的自適應壓制欺騙復合干擾方法。利用截獲的雷達信號時寬、帶寬、轉發延時設置干擾參數，自動生成移頻干擾所需的移頻量。以掩護目標為中心形成可設寬度的條帶式壓制干擾，在距掩護目標指定距離為起始，形成距離拖曳式自適應欺騙干擾，且壓制和欺騙干擾可同時實施。并對其進行了仿真分析，驗證了算法的有效性。在仿真中欺騙干擾進行了后拖動處理，前拖處理原理與之相同，不再贅述。仿真參數為效果示意，不代表雷達真實參數。