基于線性函數(shù)移頻的前沿復制自衛(wèi)干擾技術(shù)研究

2021-11-09 11:50:32楊祎綪劉金鵬

艦船電子對抗 2021年5期

關(guān)鍵詞：信號

安濤，楊祎綪，劉金鵬

(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

為了增大雷達的作用距離，需要增大雷達的平均發(fā)射功率，而提高雷達的距離分辨率又要求發(fā)射脈沖寬度盡量小，從而減小了雷達的平均發(fā)射功率[1]。脈沖壓縮雷達采用寬脈沖發(fā)射來提高發(fā)射的平均功率，保證足夠的最大作用距離，而在接收時則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離和分辨能力之間的矛盾[2]。

對線性調(diào)頻(LFM)脈沖壓縮雷達的自衛(wèi)干擾一直是電子戰(zhàn)領(lǐng)域研究的熱點和難點，主要有卷積干擾、移頻干擾、間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾等干擾樣式[3]。其中卷積干擾包括延時疊加、視頻卷積等干擾樣式。移頻干擾包括單點移頻、隨機移頻、階梯波移頻、線性函數(shù)移頻、分段線性函數(shù)移頻等干擾樣式。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾包括直接轉(zhuǎn)發(fā)、重復轉(zhuǎn)發(fā)、循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)等干擾樣式。

1 傳統(tǒng)前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理

雷達是通過對回波信號的檢測發(fā)現(xiàn)目標的存在并測量其參數(shù)信息的，而干擾的目的就是破壞或迷惑雷達對真正目標的檢測和跟蹤，干擾分為欺騙干擾和噪聲壓制干擾[4]。噪聲壓制干擾由于與LFM脈沖壓縮雷達的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)不匹配，導致功率損耗比較大，因此干擾效果比較有限。而對存儲的雷達信號進行調(diào)制生成的干擾信號與雷達的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)匹配，需要一定的干擾功率就可以達到欺騙或者相參壓制的干擾效果。前沿復制是自衛(wèi)干擾的重要干擾手段，前沿復制主要存儲雷達信號的前沿片段，立即進行干擾發(fā)射，發(fā)射時重復轉(zhuǎn)發(fā)前沿片段，發(fā)射寬帶至少覆蓋回波脈沖后沿。前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾很好地解決了電子對抗中收發(fā)隔離的問題，得到了大量的應(yīng)用。前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理框圖如圖1所示。其中T為雷達信號脈沖寬度，Ts為存儲片段寬度，Td為干擾機固有延時。

圖1 前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理框圖

為了分析前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達的干擾效果，需要首先分析線性調(diào)頻雷達信號的匹配濾波理論。線性調(diào)頻信號可以用如下的復數(shù)形式來表達：

(1)

式中：f0為載波頻率；T為雷達信號脈沖寬度；K為頻率調(diào)制斜率。

fi=f0+Kt，0≤t≤T

(2)

線性調(diào)頻信號匹配濾波器相位色散的絕對值與線性調(diào)頻信號相同，但符號相反，從頻域時間特性上可以認為是調(diào)頻斜率相同，方向相反[5]。因此，線性調(diào)頻信號的匹配濾波器時域脈沖響應(yīng)為：

(3)

線性調(diào)頻信號通過匹配濾波器后的包絡(luò)響應(yīng)為：

(4)

對應(yīng)前沿復制干擾來說，干擾信號重復發(fā)射存儲的雷達信號的片段，此時干擾信號的復數(shù)形式為：

(5)

式中:Ts為前沿復制寬度；N為干擾發(fā)射時發(fā)射的前沿個數(shù)。

此時第i個干擾信號片段通過匹配濾波器后的包絡(luò)響應(yīng)為：

|Ji(t)|=|h(t)*ji(t)|=

(6)

對前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)進行仿真，設(shè)定中頻線性調(diào)頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，數(shù)字射頻存儲器(DRFM)的采樣率為2 400 MHz。假設(shè)干擾機所在平臺距離雷達12 km，則回波信號脈沖壓縮后出現(xiàn)在12 km處，此目標稱之為真目標。由于在干擾時間段，干擾機存儲信號需要時間，同時干擾機也有自身固有的鏈路延時，設(shè)定干擾機固定延時為200 ns，則干擾信號延時為Ts+200 ns，同時放大10倍干擾信號幅度，仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同前沿復制密度仿真圖

由式(6)及圖2可以看出，前沿復制的片段都能形成假目標，假目標均滯后于真實目標，滯后的距離為信號延時的距離，前沿寬帶越寬，干擾信號發(fā)射延時越大，形成的假目標離真實目標的距離越遠。隨著前沿寬度的不斷減小，由于干擾信號與匹配濾波器的匹配性越來越差，形成的假目標功率也越來越小，與真目標的相似度也越來越差。

2 線性函數(shù)移頻干擾分析

前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾很好地解決了電子對抗中收發(fā)隔離的問題，并且能夠快速跟上目標，可以對目標進行逐個脈沖的干擾，從而形成多個假目標，形成欺騙干擾效果。但是經(jīng)過匹配濾波器后形成的假目標為單點假目標，不能在距離上形成一定寬度的壓制干擾效果，在自衛(wèi)干擾環(huán)境下具有干擾失敗的風險。

線性函數(shù)移頻干擾是在單點移頻的基礎(chǔ)上改進而來的，與單點移頻是在雷達信號上疊加單點頻率不同，線性函數(shù)移頻是在雷達信號上疊加按線性函數(shù)變化的頻率信號。設(shè)置疊加的線性函數(shù)干擾信號起始頻率為fj，線性函數(shù)調(diào)頻斜率為Kj,則干擾信號可以用下式表示：

j(t)=u(t)ej2πf0tej2πfjtejπKjt2)=

(7)

設(shè)定中頻線性調(diào)頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，DRFM的采樣率為2 400 MHz。干擾機自身固有的鏈路延時設(shè)定為200 ns，干擾信號幅度放大3倍，不考慮收發(fā)隔離問題，干擾機邊存儲信號邊發(fā)射干擾信號，假設(shè)干擾機所在平臺距離雷達12 km，線性函數(shù)移頻干擾信號初始頻率fj=2 MHz，分別設(shè)置不同的調(diào)頻斜率Kj，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同調(diào)頻斜率的仿真圖

在以上的仿真中，處于12 km處為真目標，處于11.655 km附近的為假目標。干擾信號通過匹配濾波后形成的假目標不再是單點假目標，而是在距離上覆蓋一定寬度的假目標。隨著調(diào)頻斜率的增加，假目標距離覆蓋寬度變大，但是由于失配嚴重，干擾信號的功率下降也更多。因此，可以適當增加干擾信號功率，選擇較大的調(diào)頻斜率，就可以形成覆蓋一定距離的相參壓制的干擾效果。

3 基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾分析

前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾很好地解決了電子對抗中收發(fā)隔離的問題，并且能夠快速跟上目標，對目標進行逐個脈沖的干擾。但是在自衛(wèi)干擾中前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾延時必須和移頻干擾相結(jié)合才能形成超前的假目標，并且不能形成相參壓制的干擾效果，在實際作戰(zhàn)中有一定的風險。基于線性函數(shù)移頻的全脈寬干擾，可以形成距離上覆蓋一定寬度的相參壓制干擾效果。但是在實際工程應(yīng)用中，由于干擾機的發(fā)射功率越來越大，干擾機無法邊存儲邊干擾，因此無法解決收發(fā)隔離的問題，接收到的雷達信號受到干擾信號的污染，無法形成有效的干擾。而基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾結(jié)合了前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)和線性函數(shù)移頻的特點，既能夠解決電子對抗收發(fā)隔離的問題，又能形成相參壓制的自衛(wèi)干擾效果。基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾信號可以用下式表示：

(8)

式中：Ts為前沿復制寬度；N為干擾發(fā)射時發(fā)射的前沿個數(shù)；fj為線性函數(shù)干擾信號起始頻率；Kj為線性函數(shù)調(diào)頻斜率。

仿真條件設(shè)定中頻線性調(diào)頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，DRFM的采樣率為2 400 MHz。干擾機自身固有的鏈路延時設(shè)定為200 ns，假設(shè)干擾機所在平臺距離雷達12 km，線性函數(shù)移頻干擾信號初始頻率fj=7 MHz，調(diào)頻斜率Kj=240 kHz/μs，干擾信號幅度放大5倍，選取不同的前沿寬度，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同前沿復制寬度仿真圖

在以上的仿真中，處于12 km處為真目標，其它距離處為基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾信號脈沖壓縮后的結(jié)果。與基于線性函數(shù)移頻的全脈寬干擾相同，基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾信號通過匹配濾波后形成的假目標不再是單點假目標，而是在距離上覆蓋一定寬度的假目標。與前沿復制重復轉(zhuǎn)發(fā)干擾不同，基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾信號通過移頻后形成的假目標超前真目標。因此，基于線性函數(shù)移頻的前沿復制干擾形成的假目標具有超前、覆蓋一定距離寬度等優(yōu)點，在自衛(wèi)干擾中具有良好的干擾效果。

4 結(jié)束語