對(duì)相位編碼雷達(dá)假目標(biāo)干擾方法研究

趙艷秋

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

脈沖壓縮雷達(dá)采用發(fā)射大時(shí)寬脈沖來增大發(fā)射信號(hào)的能量,保證雷達(dá)的探測(cè)距離,同時(shí)在接收機(jī)內(nèi)將回波脈沖信號(hào)壓縮成窄脈沖,提高雷達(dá)的距離分辨力,較好地解決了探測(cè)距離和距離分辨力之間的矛盾。相位編碼雷達(dá)信號(hào)是一種典型的脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào),該信號(hào)在接收時(shí)采用時(shí)域相關(guān)處理壓縮脈沖,獲得較高的相干處理增益,具有低截獲和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)相位編碼雷達(dá)的干擾方法研究也成為了雷達(dá)對(duì)抗領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1]。

對(duì)相位編碼脈沖壓縮雷達(dá)的干擾方法一般包含噪聲干擾、移頻干擾、假目標(biāo)干擾等。噪聲干擾由于無法獲得相位編碼雷達(dá)信號(hào)的相干處理增益,需要較大的干擾功率,干擾效果較差[2]。線性調(diào)頻信號(hào)在距離和多普勒頻移之間存在強(qiáng)耦合,在干擾信號(hào)上疊加多普勒移頻率,可實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的欺騙。但移頻干擾對(duì)相位編碼雷達(dá)干擾效果較差:干擾信號(hào)疊加移頻后,脈壓后的干擾信號(hào)幅度會(huì)隨著頻偏的增加而快速下降,嚴(yán)重影響干擾效果;脈壓后的干擾信號(hào)位置不會(huì)發(fā)生變化,無法實(shí)現(xiàn)距離欺騙的效果[3]。

假目標(biāo)干擾通過部分或全部復(fù)制相位編碼信號(hào)作為干擾信號(hào),干擾信號(hào)滿足與雷達(dá)信號(hào)的匹配性,因而具有較好的干擾效果[2]。本文主要針對(duì)相位編碼雷達(dá),介紹了前沿復(fù)制、間歇采樣、碼元截取3種假目標(biāo)干擾方法,并對(duì)其干擾效果進(jìn)行了仿真分析。

1 相位編碼信號(hào)特征分析

相位編碼雷達(dá)信號(hào)通常用二相碼對(duì)高頻寬脈沖進(jìn)行相位調(diào)制,編碼規(guī)律為巴克碼、偽隨機(jī)碼和M序列,本文以13位巴克碼為例,分析說明對(duì)相位編碼雷達(dá)假目標(biāo)干擾的方法。

相位編碼雷達(dá)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)表達(dá)式如下:

s(t)=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

(2)

式中:a(t)為幅度調(diào)制函數(shù);φ(t)為相位調(diào)制函數(shù);f0為載波頻率;T為脈沖寬度;N為碼元數(shù),對(duì)于13位巴克碼,N為13;τ為1個(gè)碼元的寬度;φ(t)為相位調(diào)制函數(shù),對(duì)于二相碼,φ(t)取值為0和π。

一般將相位為“0”的子脈沖表示為“+1”或“+”,將相位為“π”的子脈沖表示為“-1”或“-”。13位巴克碼編碼規(guī)律Ck={+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+1},信號(hào)特征如圖1所示。

圖1 相位編碼信號(hào)的時(shí)域波形圖(13位巴克碼)

根據(jù)匹配濾波器理論,對(duì)信號(hào)s(t)的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)h(t)=s(t0-t),匹配濾波器結(jié)構(gòu)由抽頭延遲線、均衡器、倒相器和加法器組成,每段延遲線的延遲時(shí)間為τ[3]。13位巴克碼的匹配濾波器結(jié)構(gòu)如圖2所示,脈壓后波形如圖3所示。

圖2 匹配濾波器原理方框圖(13位巴克碼)

圖3 脈壓后波形圖(13位巴克碼)

2 前沿復(fù)制干擾仿真分析

前沿復(fù)制干擾是最常用的一種干擾方式,干擾機(jī)對(duì)截獲的大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào)前沿采樣并進(jìn)行復(fù)制,復(fù)制完成后循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā),對(duì)雷達(dá)脈沖逐個(gè)實(shí)施干擾。前沿復(fù)制干擾時(shí)序示意圖如圖4所示。

圖4 前沿復(fù)制干擾時(shí)序圖

前沿復(fù)制干擾能夠獲得雷達(dá)的部分處理增益,其獲得的處理增益一般與雷達(dá)前沿寬度相關(guān)。仿真參數(shù)如下:雷達(dá)信號(hào)碼長(zhǎng)N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為0 dB,對(duì)前沿復(fù)制寬度t=τ,3τ,5τ,6τ分別進(jìn)行干擾效果仿真,仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 前沿復(fù)制干擾效果圖

圖5中,前沿復(fù)制干擾能夠產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo),假目標(biāo)的數(shù)量及幅度與前沿復(fù)制寬度有關(guān)。當(dāng)前沿復(fù)制寬度為1個(gè)碼元寬度時(shí),產(chǎn)生的假目標(biāo)數(shù)量以及幅度較大的假目標(biāo)最多,同時(shí)假目標(biāo)分布在目標(biāo)回波距離前后,干擾效果最佳。當(dāng)干信比達(dá)到16.3 dB時(shí),能夠?qū)走_(dá)起到很好的壓制效果。仿真參數(shù)如下:雷達(dá)信號(hào)碼長(zhǎng)N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為16.3 dB,進(jìn)行干擾效果仿真,仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 前沿復(fù)制干擾效果圖(干信比為16.3 dB)

3 間歇采樣干擾仿真分析

間歇采樣干擾通過使用數(shù)字儲(chǔ)頻對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行低速采樣和復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā),對(duì)雷達(dá)脈沖逐個(gè)實(shí)施干擾。間歇采樣干擾時(shí)序如圖7所示。

圖7 間歇采樣干擾時(shí)序圖

間歇采樣干擾能夠獲得雷達(dá)的部分處理增益,產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo),假目標(biāo)數(shù)量與間歇采樣占空比相關(guān),占空比越低時(shí)假目標(biāo)數(shù)量越多,假目標(biāo)幅度基本相當(dāng)。仿真參數(shù)如下:雷達(dá)信號(hào)碼長(zhǎng)N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比0 dB,間歇采樣寬度t=τ,對(duì)間歇采樣占空比50%、33%、25%、20%分別進(jìn)行干擾效果仿真,仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 間歇采樣干擾效果圖

圖8中,間歇采樣能夠產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo),當(dāng)采樣占空比越低時(shí),產(chǎn)生的假目標(biāo)壓制效果越佳;當(dāng)占空比進(jìn)一步降低后,其干擾效果類似于前沿復(fù)制干擾。

4 碼元截取干擾仿真分析

相位編碼雷達(dá)工作時(shí),在相參積累期間,載頻、脈沖重復(fù)周期均不變,脈間調(diào)制樣式變化[5]。利用相位編碼雷達(dá)的這些特性設(shè)計(jì)一種碼元重組干擾方法,通過使用數(shù)字儲(chǔ)頻進(jìn)行全脈沖存儲(chǔ)后,利用特定的準(zhǔn)則對(duì)碼元截取形成干擾信號(hào)。

通過對(duì)相位編碼雷達(dá)匹配濾波器結(jié)構(gòu)分析后可知,若截去雷達(dá)脈沖前沿信號(hào),取剩余部分雷達(dá)信號(hào)作為干擾信號(hào),可產(chǎn)生提前目標(biāo)回波的假目標(biāo),對(duì)相位編碼雷達(dá)實(shí)現(xiàn)距離欺騙干擾。碼元截取干擾時(shí)序如圖9所示。

圖9 碼元重組干擾時(shí)序圖

圖9中,截去前沿(第1個(gè)碼元)產(chǎn)生干擾信號(hào),干擾信號(hào)經(jīng)過相位編碼匹配濾波器后,假目標(biāo)將會(huì)出現(xiàn)在目標(biāo)回波前一個(gè)距離門內(nèi),假目標(biāo)幅度為目標(biāo)回波幅度的(N-1)/N。同理,若截去前沿(n個(gè)碼元)產(chǎn)生干擾信號(hào),干擾信號(hào)形成的假目標(biāo)將會(huì)出現(xiàn)在目標(biāo)回波前n個(gè)距離門內(nèi),假目標(biāo)幅度為目標(biāo)回波幅度的(N-n)/N。仿真參數(shù)如下:雷達(dá)信號(hào)碼長(zhǎng)N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為0 dB,對(duì)n=1,2,3,4,5分別進(jìn)行干擾效果仿真,仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 碼元截取干擾效果圖

根據(jù)仿真結(jié)果,碼元截取干擾能夠形成提前于目標(biāo)回波的假目標(biāo),輔以無源或有源誘餌等干擾手段,將會(huì)對(duì)相位編碼雷達(dá)起到較好的干擾效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)相位編碼雷達(dá)的工作原理及特點(diǎn),對(duì)前沿復(fù)制、間歇采樣及碼元截取等3種干擾方法進(jìn)行了假目標(biāo)干擾效果仿真分析。仿真結(jié)果表明,前沿復(fù)制干擾和間歇采樣干擾能夠產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo),對(duì)相位編碼雷達(dá)起到較好的壓制效果,但假目標(biāo)難以提前于目標(biāo)回波;碼元截取干擾能夠產(chǎn)生提前于目標(biāo)回波的假目標(biāo),與無源或有源誘餌組合,對(duì)相位編碼雷達(dá)起到較好的干擾效果。