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基于间歇采样的脉冲压缩雷达自卫干扰技术研究

2020-07-03 453 上传者：管理员

摘要：阐述了基于间歇采样的脉冲压缩雷达自卫干扰技术，改进了传统的间歇采样的实现方式，达到了对线性调频脉冲压缩雷达的自卫干扰。论文提出了基于全脉冲的间歇采样和基于前沿的间歇采样干扰技术，对其进行了原理分析和仿真，实现了超前假目标的自卫干扰，对线性调频脉冲压缩雷达自卫干扰有一定的指导作用。

关键词：
DRFM
全脉冲
军事通讯
脉冲压缩
间歇采样
雷达自卫干扰技术
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1、引言

雷达为了增大作用距离，需要增大雷达的平均发射功率，而提高雷达的距离分辨率又要求发射脉冲宽度尽量小，从而减小雷达的平均发射功率[1]。脉冲压缩雷达采用宽脉冲发射来提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因此脉冲压缩雷达能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾[2]。脉冲压缩雷达波形可以采用线性调频波形、非线性调频波形、相位编码波形等，而线性调频波形是应用最为广泛的信号波形[3]。一方面是因为LFM脉冲压缩信号是脉内相干的，其频率与时间之间的相关性使之具有大时宽—带宽积，这不仅较好地解决了雷达作用距离与距离分辨力的矛盾，而且使与雷达发射波形不匹配的干扰信号不能得到相应的处理增益，大大提高了雷达的抗干扰能力[4]；另一方面是随着大规模集成电路的发展，LFM信号的实现更加简单，既可以利用专用的DDS芯片产生，也可以利用FPGA+DAC的方式实现，因此，LFM信号在新型雷达上得到了广泛应用。对LFM脉冲压缩雷达的自卫干扰一直是电子战领域研究的热点和难点[5]。对LFM脉冲压缩雷达的干扰样式主要有卷积干扰、移频干扰、间歇采样转发干扰等。

2、传统间歇采样转发干扰原理

雷达是通过对回波信号的检测发现目标的存在并测量其参数信息的，而干扰的目的就是破坏或迷惑雷达对真正目标检测和跟踪，干扰分为欺骗干扰和噪声压制干扰[6]。LFM脉冲压缩雷达一般具有很高的压缩比，对其的干扰主要采用基于DRFM的相干干扰技术[7]。移频干扰是对LFM脉冲压缩雷达进行干扰的重要手段，它利用LFM脉冲压缩雷达固有的距离—频率偏移间存在强耦合的弱点，在干扰机截获的雷达信号上调制一个频偏转发给原雷达，经过移频，假目标相对于真目标发生时间延迟，对雷达进行欺骗干扰[8,9]。

但移频干扰在工程实现上很难实现，主要有两个问题：其一是移频量的大小和方向需要有详细的脉内调制信息来计算，不但需要电子侦察系统的引导，而且有一定的误差；其二是因为移频干扰大多是全脉冲复制转发，干扰机边收边发，需要非常高的收发隔离度。目前在实际应用中还没有有效的手段可以解决这两个问题[10]。

传统的间歇采样转发干扰[11]很好地解决了移频干扰出现的第一个问题，即不需要知道雷达信号详细的脉内调制信息。干扰机在接收到LFM脉冲压缩雷达信号后，进行采样存储其中的一小段后，立即进行转发，转发完成后再采样存储下一段。采样存储和转发分时交替工作直到雷达信号结束[12]。传统实现方式原理框图如图1所示。

图1间歇采样转发干扰原理框图

由图1可以看出，雷达信号和矩形脉冲信号的乘积为间歇采样转发干扰信号的数学表述形式。设矩形脉冲信号宽度为τ，重频周期为Ts，重复频率fs为Ts的倒数，则矩形脉冲信号p(t）为

公式1

傅立叶级数展开p(t):

公式2

设LFM脉冲压缩雷达信号为s(t），脉冲宽度为T，则干扰信号js(t）为

公式3

若LFM脉冲压缩雷达匹配滤波器用h(t）表示，则真目标回波信号通过脉冲压缩后的输出y(t）为

公式4

干扰信号通过脉冲压缩后的输出j(t）为

公式5

由式（5）可以看出，干扰信号的输出由两部分组成，式中第一项称之为主假目标，第二项称之为次假目标群，次假目标群是将真目标回波信号频谱搬移到p(t）的各次谐波处。因此发射的干扰信号，无论是主假目标或次假目标群，进入雷达接收机后，均能形成假目标，通过增大发射功率，使假目标的幅度达到或者超过回波信号幅度，使雷达无法判断出真正的回波信号，就可以起到很好的欺骗干扰效果。由于出现了假目标群，该干扰还兼具遮盖干扰的效果[13]。

3、基于全脉冲间歇采样转发干扰分析

传统间歇采样转发干扰很好地解决了移频干扰的第一个问题，即不需要侦察系统的引导，可以快速截获雷达信号并释放干扰信号。但是由于干扰机接收到的雷达信号中含有周围物体的反射信号，导致接收到的雷达信号受到了污染，干扰机出现自激现象，从而使干扰效果严重下降，传统间歇采样转发干扰依然无法解决移频干扰出现的收发隔离问题。

图2基于全脉宽间歇采样转发干扰时序图

基于全脉冲间歇采样转发干扰把时间段分为存储时间段和干扰时间段，如图2所示，既能快速跟踪上雷达信号，又能完全解决了收发隔离问题。

在侦察时间段，干扰机根据雷达频率分区存储，并记录每段存储区的频率信息，当干扰机收到新的雷达频率时，开辟新的存储区域，当干扰机收到的雷达频率与先前存储的雷达信号频率相同时，覆盖先前存储的雷达信号区域。在干扰时间段，干扰机对接收到雷达信号进行快速频率测量，根据雷达信号频率，调用对应频率区域中预先存储的信号，间歇发射。因此基于全脉冲的间歇采样转发干扰既能快速截获雷达信号，又能很好地解决收发隔离问题。

设定中频线性调频信号中心频率f0=1800MHz，带宽B=10MHz，脉宽T=20us,DRFM的采样率为2400MHz。假设干扰机所在平台距离雷达10km，则回波信号脉冲压缩后出现在10km处，此目标称之为真目标。由于在干扰时间段，干扰机测量雷达信号频率需要时间，同时干扰机也有自身固有的链路延时，因此τ的取值要不小于0.5us。取定τ分别为0.5us和1us，间歇采样占空比分别为50%和25%，干扰信号幅度放大五倍。仿真结果如图3和图4所示。

图3全脉宽间歇采样占空比τ/Ts=50%干扰效果

在以上的仿真中，处于10km处为真目标，其它为假目标。干扰信号经过脉冲压缩后形成了逼真的假目标群，假目标群中有超前假目标，也有滞后假目标，达到了自卫干扰的效果。间歇采样占空比τ/Ts较大时，即使增加发射信号幅度，可以有效利用的假目标数量依然比较少，干扰效果较差。间歇采样占空比τ/Ts较小时，形成的假目标群的数量更多，且假目标群幅度基本相同，干扰能量平均分布，可以达到干扰效果的假目标数量更多，因此干扰效果更好。

图4全脉宽间歇采样占空比τ/Ts=25%干扰效果

由于产生干扰信号需要先存储一定宽度的雷达信号后再立即发射，因此产生的主假目标位置由存储的雷达信号宽度τ决定，即主假目标滞后于真目标τ。产生的假目标之间间距为

公式6

由于雷达的带宽B和脉宽T为定值，因此当间歇采样频率Ts越大，假目标之间的间距越小，反之，当Ts越小时，假目标之间的间距越大，因此Ts的选择非常重要，决定了干扰信号形成的假目标的疏密程度。

4、基于前沿间歇采样转发干扰分析

基于全脉宽复制的间歇采样转发干扰具有快速跟上雷达回波，解决了收发隔离等问题，基于数字储频模块易于实现。但是雷达脉冲宽度很宽且捷变频率点较多时，例如“爱国者”雷达常用的脉冲宽度有60μs、100μs等，数字储频模块需要存储的数据量非常大，因此延伸出基于前沿复制间歇采样转发干扰，干扰时序图如图5所示。

图5基于前沿复制间歇采样转发干扰时序图

与基于全脉宽复制间歇采样转发干扰类似，区别在于侦察时间段，干扰机只间歇存储每个雷达信号频率的前沿。在干扰时间段，干扰机接收到雷达信号时，快速测量出雷达信号频率，根据雷达信号频率，调用预先存储的频率区域，间歇循环发射。

仿真条件设定与基于全脉宽复制间歇采样转发干扰类似，只是复制为前沿宽度，设定前沿宽度为脉宽的50%和25%，设定τ分别为0.5us和1us，间歇采样占空比均为50%，干扰信号幅度放大五倍。仿真结果如图6和图7所示。

图6前沿间歇采样占空比τ/Ts=50%，前沿占空比=50%干扰效果

图7前沿间歇采样占空比τ/Ts=50%，前沿占空比=25%干扰效果

与基于全脉宽复制间歇采样转发相比，基于前沿复制间歇采样转发干扰同样产生了超前和滞后的假目标群，但是在真目标距离的远端，产生了与真目标附近类似的假目标群，假目标群的个数与复制前沿的个数相同，假目标群的间距为前沿宽度对应的距离，例如前沿宽度为10μs，则假目标群之间的间距为1500m。同样的假目标的功率有一定的损失，随着前沿占空比的减小，假目标功率也相应的减小。

5、结语

本文讨论了传统间歇采样转发干扰的原理，对基于全脉宽和前沿的间歇采样的线形调频脉冲压缩雷达自卫干扰进行了仿真和分析。当数字储频存储容量足够时，选用基于全脉宽存储间歇采样转发干扰，此时干扰信号的干信比较高；当雷达信号脉宽比较宽，数字储频存储容量不足时，选用基于前沿间歇采样转发干扰，此时干扰的干信比有一定的下降。两种干扰均形成了大量的假目标，不需要知道雷达信号详细的脉内调制信息而能快速跟上雷达回波，可以很好地解决收发隔离问题，取得了很好的干扰效果。

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