CPM-LFM雷達通信一體化信號干擾效果分析

王 冠，王 暉，胡汗青，孫 靜

(空軍通信士官學校，遼寧 大連 116600)

0 引 言

號稱“千里眼”與“順風耳”的雷達與通信作戰裝備，在電子戰中扮演了重要角色。由于科技的不斷發展，戰場電子設備越來越多，作戰設備頻譜資源日益緊缺，雷達通信一體化的提出，為其帶來轉機，也給電子對抗帶來了新的目標。雷達通信一體化信號能夠在雷達探測時完成通信功能，主要包含2種形式：一種是雷達信號作為載體(例如二進制相移鍵控(BPSK)-線性調頻(LFM)、正交調幅(QAM)-LFM類型一體化信號)；另一種是通信信號為載體(例如正交頻分復用(OFDM)-BPSK-LFM、 OFDM-QAM-LFM類型一體化信號)。本文選擇以常規雷達信號為載體的連續相位調制(CPM)-LFM一體化信號，考慮利用雷達干擾信號進行干擾效果分析。

文獻[1]通過噪聲卷積干擾信號對LFM信號進行干擾分析，發現其能實現欺騙與壓制2種干擾效果，相比傳統射頻噪聲干擾更節省功率。文獻[2]對比分析了射頻噪聲干擾與噪聲卷積干擾信號脈壓結果，說明了與目標信號具有相干性的噪聲卷積干擾信號干擾性能更優越，但是發現干擾信號脈壓輸出后總是出現在目標信號之后，很容易被有經驗的雷達操作員識破。文獻[3]結合移頻干擾與卷積干擾，干擾信號脈壓輸出分布于目標信號兩側，具有顯著干擾效果。文獻[4]利用移頻后的噪聲卷積干擾信號分析LFM信號干擾效果，驗證了其可行性。文獻[5]將噪聲卷積式干擾信號應用于直接序列擴頻-線性擴頻雷達通信一體化信號，取得了較好的干擾效果。

本文采用噪聲卷積干擾進行雷達通信一體化干擾效果分析，建立連續相位調制(CPM)-LFM及干擾信號模型，通過對噪聲卷積干擾移頻的方式，獲取對目標信號雷達更好的干擾效果，仿真驗證其對一體化信號的干擾性能。

1 CPM-LFM信號模型

CPM-LFM[6]信號是利用連續相位調制得到的相位與LFM信號相位相加實現的，CPM相位信息作為通信數據，LFM信號實現雷達探測功能。

1.1 LFM信號

傳統雷達LFM信號表達式如下：

SLFM(t)=Arect(t/TP)exp[jπμt2]

(1)

1.2 CPM調制

與傳統調制方式幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)相比，CPM具有包絡恒定、頻譜利用率高以及調制參數靈活等特點，在軍事通信領域應用廣泛。

CPM調制信號表達式如下：

SCPM(t)=Arect(t/Tp)exp[j(φ(t,I)+φ0)]

(2)

1.3 CPM-LFM信號

CPM-LFM雷達通信一體化信號原理采用連續相位對線性調頻信號進行調制，其實質就是將CPM調制的相位變化加入到線性調頻信號中，將式(1)與式(2)直接相乘就可以得到一體化信號，表達式如下：

SCPM-LFM(t)=Arect(t/Tp)·exp[(jπμt2+

jφ(t,I)+jφ0)]

(3)

研究發現，CPM-LFM信號雷達探測能力不輸于LFM信號，且可以實現通信功能。從CPM-LFM一體化信號時域波形及頻譜圖[6-7]能夠看出其與LFM信號沒有很大區別。因此考慮通過LFM信號常用的噪聲卷積式干擾進行干擾效果分析。

2 噪聲卷積干擾信號模型

噪聲卷積干擾主要是通過干擾機中數字射頻存儲器(DRFM)截獲的目標信號與噪聲信號進行卷積來實現，這種干擾方法與目標信號具有相干性，比傳統的噪聲壓制式干擾具有更好的干擾效果。

設目標雷達發射信號為SCPM-LFM(t)，噪聲信號為n(t)，探測目標距離雷達R處，散射面積為σ，在時延為τ=2R/c時，目標響應函數為：

p(t)=σ·δ(t-τ)

(4)

目標信號回波為：

Sr(t)=p(t)*SCPM-LFM(t)

(5)

干擾信號表示如下：

Jr(t)=SCPM-LFM(t)*n(t)

(6)

假設在接收端雷達信號與干擾信號同時到達目標雷達接收機，經過匹配濾波、脈沖壓縮后輸出為：

[n(t)+p(t)]*SCPM-LFM(t)*

(7)

經過傅里葉變換可得到接收信號與干擾信號頻譜關系如下：

N(f)·|SCPM-LFM(f)|2+

P(f)·|SCPM-LFM(f)|2

(8)

對應時域形式為：

s′(t)=n(t)*F-1[|SCPM-LFM(f)|2]+p(t)*

F-1[|SCPM-LFM(f)|2]

(9)

式中：F-1[|SCPM-LFM(f)|2]為雷達發射信號的點擴展函數。

目標響應函數p(t)決定回波信號，噪聲n(t)決定干擾效果。由于噪聲卷積干擾信號經過雷達脈沖壓縮處理后會獲得一定收益，因此能夠節省干擾功率。

3 仿真分析

仿真參數設置如下：LFM采樣頻率為300 MHz，帶寬30 MHz，調頻斜率μ為3×1012，脈寬為10 μs。CPM：進制數為2，調制指數h=1/2,關聯長度L=2，每個符號采樣點為600，采用矩形脈沖，隨機生成5位數據。噪聲卷積干擾：噪聲時寬4 μs。

圖1為CPM-LFM雷達通信一體化信號脈壓結果，能夠看出呈單峰狀態，具有很好的目標探測能力。圖2為噪聲卷積干擾狀態下的CPM-LFM雷達通信一體化信號脈壓結果，發現在目標信號脈壓結果后面，持續有峰值出現，這給雷達探測帶來了一定程度的干擾，無法準確分辨出目標所在位置。但是有經驗的雷達操作員能夠發現這是干擾狀態下雷達脈壓情況，認為“零點”處是雷達探測目標位置。因此要想更好地實現對CPM-LFM雷達通信一體化信號的干擾，需要對噪聲卷積干擾信號進行改善，如移頻。

圖1 CPM-LFM時頻特性及脈壓結果

圖2 噪聲卷積干擾下CPM-LFM信號時域及脈壓圖

圖3為噪聲卷積干擾信號對CPM-LFM雷達通信一體化信號通信性能影響，仿真過程中信噪比變化為-5～10 dB。在信噪比10 dB時，誤碼率接近0.2，說明了噪聲卷積干擾對CPM-LFM一體化信號通信性能的有效性。

圖3 噪聲卷積干擾下誤碼率曲線

圖4為移頻干擾信號時域波形及脈壓輸出，本文所采用的移頻干擾為目標信號CPM-LFM基礎上進行3 MHz移頻得到。從其脈壓輸出可以發現：假目標位于目標信號之前，若采用多個移頻干擾信號，則呈現出不同假目標。依據移頻量取值正負，其可以分布于目標信號脈壓輸出兩側，讓雷達操作員無法準確獲取探測目標位置，進而實現干擾。

圖4 移頻干擾下CPM-LFM信號時域及脈壓圖

圖5為移頻干擾下CPM-LFM信號誤碼率情況，在干噪比為2 dB時，一體化信號誤碼率在信噪比-5～10 dB范圍內達到10-1以上。與圖3對比發現，在干信比0 dB時，其通信性能影響相差不多，表現出不錯的干擾效果。

圖5 移頻干擾下誤碼率曲線

圖6為噪聲卷積移頻干擾下CPM-LFM信號脈壓輸出，其移頻量為3 MHz，相比于圖2噪聲卷積干擾下CPM-LFM脈壓輸出，左移3 MHz。受到噪聲卷積移頻干擾的目標雷達已無法準確區分目標具體位置。圖7為噪聲卷積移頻干擾下CPM-LFM信號誤碼率情況。與圖3、圖5對比發現，相同干信比條件下，誤碼率更高，噪聲卷積移頻干擾的干擾效果更好。

圖6 噪聲卷積移頻干擾下CPM-LFM信號時域及脈壓圖

圖7 噪聲卷積移頻干擾下誤碼率曲線

通過對干擾狀態下CPM-LFM雷達通信一體化信號雷達脈壓結果和通信誤碼率仿真發現，噪聲卷積干擾能夠一定程度影響一體化信號雷達探測能力，但是脈壓輸出效果不好，通信干擾能力較好。移頻后的噪聲卷積干擾對CPM-LFM一體化信號雷達探測能力具有較強的干擾，且具有相比噪聲卷積式干擾更高的誤碼率，是一種具有實際應用價值的干擾方式。

4 結束語

本文在構建一體化信號模型基礎上，利用噪聲卷積式干擾作為干擾信號，理論推導干擾狀態下目標回波脈沖壓縮表達式，分析其脈壓結果，對比分析噪聲卷積干擾、移頻干擾、噪聲卷積移頻干擾3種干擾方式下CPM-LFM脈壓輸出。仿真結果表明，移頻后的噪聲卷積干擾表現出更優越的效果，能夠有效抑制CPM-LFM雷達通信一體化信號的雷達探測能力與通信性能，具有實際應用意義。