相位編碼脈沖壓縮雷達干擾調制技術研究

楊會軍， 程啟華， 蔣 姝

(南京工程學院，南京 211000)

0 引言

脈沖壓縮雷達采用寬脈沖發射以提高有效輻射功率，保證足夠大的作用距離，接收時采用脈沖壓縮算法獲得窄脈沖，以提高距離分辨率，較好地解決了雷達作用距離與距離分辨率之間的矛盾[1-4]。相位編碼波形(Phase Coded Waveform)是一種典型脈沖壓縮雷達信號形式，該信號在接收時采用時域相關處理壓縮脈沖，獲得較高的相干處理增益，具有低截獲性和抗干擾能力強等優點[5-7]。針對相位編碼雷達的干擾技術是雷達對抗領域的研究熱點[8-9]。傳統相位編碼脈沖壓縮雷達干擾采用噪聲干擾技術，即通過對雷達信號粗測頻，然后自主產生窄帶瞄準式干擾、寬帶阻塞式干擾等干擾信號。噪聲干擾無法獲得相位編碼脈沖壓縮雷達的相干處理增益，需要較大的干擾功率，干擾效果差[10-11]。

本文提出了一種對相位編碼脈沖壓縮雷達的多相重構干擾調制技術，將偵察獲得的雷達信號樣本分成若干子段，通過對各個子段樣本進行重構產生相干干擾信號。與傳統噪聲干擾信號相比，該干擾信號可以獲得相位編碼脈沖壓縮雷達信號處理增益，干擾功率利用率高。

1 相位編碼脈沖壓縮雷達干擾調制技術

1.1 相位編碼信號模型

相位編碼脈沖信號是常用的雷達脈沖壓縮信號[12]，與線性頻率信號類似，相位編碼信號通過時域非線性調相達到擴展等效頻寬的目的[13]。

隨機相位編碼信號的數學模型[14]可表示為

S(t)=u(t)ej2π f0t=a(t)ejφ(t)ej2π f0t

(1)

式中:u(t)=a(t)ejφ(t)，為其復包絡，φ(t)為相位調制函數，a(t)為幅度調制函數；f0為載波頻率。對二相編碼而言，φ(t)∈[0,π]，也可表示為二進制序列ck=ejφ(t)∈{-1,1}。

設a(t)為矩形脈沖串，即

(2)

式中:Tc為子脈沖寬度；N為序列長度；τ=NTc，為編碼信號的持續期。

相位編碼雷達信號是用一定的碼字序列對載頻信號相位進行調制而產生的。調制編碼序列一般為偽隨機碼，該碼是一種能預先確定的、周期性的二進制序列，具有接近二進制數隨機序列的良好自相關性。常用的二元偽隨機序列有巴克序列、組合巴克序列、m序列和L序列等，各相位編碼序列產生的效果基本相同[15]。本文以31位長度m序列相位編碼波形為例仿真分析多相重構干擾調制技術，其編碼規律如圖1所示，其中，序列長度N=31。

圖1 偽隨機序列編碼(31位)Fig.1 Pseudo-random sequence coding (31 bits)

31位長度偽隨機m序列x(t)由一個五級反饋移位寄存器產生，x(t)的自相關函數為

(3)

由式(3)可知，當τ=0時，自相關函數Rx(τ)取最大值，隨著τ的增加或減少，自相關函數Rx(τ)將快速衰減，m序列自相關函數峰值與序列長度N有關。因此，m序列和其自身的平移具有準正交性，將接收到的偽隨機m序列編碼回波信號和發射信號進行相關處理，可以得到與目標距離相關的回波窄脈沖信號，實現對相位編碼脈沖壓縮雷達的脈沖壓縮處理。

1.2 干擾信號調制技術

相位編碼脈沖壓縮雷達信號通過相關處理得到與目標距離相關的窄脈沖信號，相關峰值的大小取決于兩個因素，即m序列的長度和序列的相關性。對于一個i級反饋移位寄存器，m序列的長度N=2i-1。因此，相關峰值的大小就取決于序列的相關性。通過對接收到的相位編碼雷達信號調制序列進行分解，得到多個編碼子段，改變分解后各個子段的相對位置，重構出總長度與發射信號相等的m序列。分解后得到的多個子段與發射信號的部分子段相關。相關輸出峰值的位置與收發相關子段之間的延遲量有關，相關輸出峰值大小與子段長度有關。

多相重構干擾通過將雷達信號樣本進行分解重構產生與發射信號相干的干擾信號，該干擾信號經相位編碼脈沖壓縮雷達相關處理產生與雷達信號同步的相干干擾脈沖。多相重構轉發干擾的假目標數量、位置和幅度根據分相數量和樣本子段的重構方式確定，進而產生多種干擾信號樣式。分相數量n越大(本文中取n=4)，相關輸出峰值越低，干擾脈沖數量越多，可以起到相干噪聲壓制的效果，適用于對抗搜索模式的雷達；分相數量n越小(本文中取n=2)，相關輸出峰值越高，干擾脈沖數量越少，可以調制產生逼真假目標，適用于對抗跟蹤模式的雷達。

相位編碼脈沖壓縮雷達干擾系統的組成如圖2所示，相位編碼脈沖壓縮雷達干擾機接收相位編碼脈沖壓縮雷達信號，通過偵察處理獲得雷達信號參數，識別雷達的工作模式，干擾機根據雷達工作模式分別進行搜索和跟蹤模式下的多相重構干擾調制，對雷達進行自適應干擾。

圖2 相位編碼脈沖壓縮雷達干擾系統組成Fig.2 Composition of phase coded pulse compression radar jamming system

干擾機根據雷達工作模式的不同，分別在搜索模式和跟蹤模式下進行四相重構干擾調制和二相重構干擾調制，其干擾調制過程如圖3所示。

圖3 多相重構干擾調制過程Fig.3 Block diagram of multi-phase reconfiguration jamming modulation process

1) 四相重構干擾調制。

干擾控制器輸出重構控制信號至數字射頻存儲器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)，將存儲器中的雷達信號樣本分解為4個子段，然后對4個子段進行重構，選擇相關性能最優的重構樣本產生相干干擾信號，將重構后的干擾樣本在整個雷達脈沖間隔內進行延遲重復疊加，經過相位編碼脈沖壓縮雷達相關處理，可以在真實目標前后產生多個虛假目標，對雷達產生相干噪聲壓制的效果。

2) 二相重構干擾調制。

干擾控制器輸出重構控制信號至DRFM，將存儲器中的雷達信號樣本分解為2個子段，對2個子段進行重構產生相干干擾信號，在雷達真實目標前后產生2個相干虛假目標，同時對重構樣本進行延遲控制，可以產生逼真的欺騙假目標。

2 干擾仿真結果及分析

以31位長度的偽隨機m序列為例，對兩種干擾調制技術進行仿真研究。

設m序列Ck=[1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 1 1]，分別對四相重構干擾調制技術、二相重構干擾調制技術進行仿真，其中，四相重構干擾用于對抗處于搜索模式的雷達，二相干擾調制技術用于對抗處于跟蹤模式的雷達。

2.1 對相位編碼脈沖壓縮雷達搜索模式干擾仿真

在搜索模式下，對雷達信號樣本進行四相分解與重構，在真實目標前后產生多個同步虛假目標，破壞雷達對目標的檢測識別。

將31位最大長度序列分為長度分別為8位、8位、8位、7位的4個子段，設四相編碼樣本分別為P1，P2，P3，P4，則四相重構轉發干擾的樣本有P4P3P2P1，P4P3P1P2，P3P4P2P1和P3P4P1P2，將這4種干擾樣本定義為干擾模式1、干擾模式2、干擾模式3和干擾模式4。

仿真得到不同干擾樣本和雷達信號的相關輸出結果。其中：干擾模式1(P4P3P2P1)相關輸出如圖4(a)所示，干擾信號幅度較低，但分布均勻；干擾模式2(P4P3P1P2)相關輸出如圖4(b)所示，干擾信號幅度不均勻，超前于目標回波的信號幅度較大；干擾模式3(P3P4P2P1)相關輸出如圖4(c)所示，干擾信號幅度不均勻，滯后于目標回波的信號幅度較大；干擾模式4(P3P4P1P2)相關輸出如圖4(d)所示，干擾信號幅度均勻，在目標信號前后有兩個幅度較大的虛假目標。

圖4 四相重構轉發干擾模式相關輸出Fig.4 Correlation output of four-phase reconstruction forwarding jamming modes

比較可知，干擾模式1的虛假目標數量多，分布在真實目標周圍，可用于對相位編碼脈沖壓縮雷達搜索模式進行干擾，干擾信號可以獲得雷達信號的相干處理增益，產生相干噪聲壓制的干擾效果。

對干擾模式1(P4P3P2P1)產生的重構樣本進行延遲重復疊加，設置延遲時間分別為1,2,4,8個仿真時間單位，仿真得到同步相干壓制干擾信號的相關輸出如圖5所示。由圖5可知，干擾脈沖密集分布在目標回波附近，實現了對真實目標的相干噪聲壓制。

圖5 同步相干壓制干擾相關輸出Fig.5 Synchronous coherent suppression jamming correlation output

2.2 對相位編碼脈沖壓縮雷達跟蹤模式干擾仿真

在跟蹤模式下，將雷達信號樣本分解為兩個子段，對兩個子段樣本進行互易重構出干擾信號樣本，在雷達真實目標前后產生兩個相干虛假目標，使相位編碼脈沖壓縮雷達無法分辨出真實目標，破壞雷達對目標的穩定跟蹤。

將31位最大長度序列分為長度分別為15位和16位的兩個子段，記為子段1和子段2。將子段1與子段2互易，重構生成長度為31位的半碼互易轉發干擾信號，仿真得到無干擾和半碼互易轉發干擾兩種情況下的雷達相關處理結果，如圖6所示。

圖6 半碼互易轉發干擾相關輸出Fig.6 Half-code reciprocal forwarding jamming correlation output

由圖6可知，半碼互易轉發干擾同步于真實目標，在真實目標前后生成兩個相干虛假目標。根據欺騙目標的時域特征，對該重構樣本進行延遲控制和多普勒頻率調制，產生兩個在時域和頻域上與雷達信號相干的假目標，可用于干擾在跟蹤模式下工作的相位編碼脈沖壓縮雷達，使雷達無法分辨出真實目標。

3 結束語

相位編碼雷達信號是一種大時寬帶寬積信號，具有優良的低截獲和抗干擾特性。本文針對傳統噪聲干擾效果的不足，提出了一種對相位編碼脈沖壓縮雷達的多相重構干擾調制技術，將雷達信號樣本進行分段重組產生相干干擾信號，該干擾信號經相位編碼脈沖壓縮雷達相關處理產生與雷達信號同步的相干干擾脈沖，重構模式與雷達的工作模式有關。以31位長度偽隨機m序列相位編碼波形為例，構建多相重構干擾仿真模型開展仿真研究，仿真結果表明，該技術可以產生預期的干擾信號波形，具有較好的干擾效果。