雷达伪随机序列编码方式抗干扰性能研究

刘树锋

(中国船舶重工集团公司第 723研究所,江苏扬州 225001)

相位编码信号是广泛采用的一种脉冲压缩信号,其模糊函数大多呈近似图钉形,具有很高的时延和多普勒分辨能力,易实现波形捷变。由于相位编码信号雷达采用扩谱技术,其峰值功率很低,这使得常规的雷达侦察机对信号的侦收变得非常困难,甚至无法检测到该信号。如何对相位编码脉冲信号雷达进行有效的干扰,各种干扰方式对相位编码脉冲信号雷达的干扰效果是雷达设计和干扰机设计共同关心的课题。本文通过几种干扰样式对PR(Pseudo Random,伪随机)序列相位编码雷达干扰的效果仿真,研究采用 PR序列相位编码方式的雷达的抗干扰性能。

1 PR序列相位编码原理

相位编码波形与调频波形不同,它将脉冲分成许多子脉冲,每个子脉冲的宽度相等,但各自有特定的相位。每个子脉冲的相位根据一个给定的编码序列来选择。应用最广泛的相位编码波形使用两个相位来编码。发射信号的相位按照码元的次序在 0°和 180°间交替变换[1],如图1所示。由于发射频率通常不是子脉冲宽度倒数的整倍数,因此,编码信号在反相点上一般是不连续的。在接收端,通过匹配滤波或相关处理得到压缩脉冲。压缩脉冲半幅度点的宽度应等于子脉冲的宽度。因此,距离分辨力就正比于编码码元的时间宽度,压缩比等于波形中子脉冲的数目,即编码码元的数目,波形如图1所示。

图1 二进制相位编码信号

PC方法中最常见的形式是使用二进制相位编码。相位编码信号可表示为[2]

其中,Ci为N位码元(N为码元个数),脉宽 τ=N×τ0(τ0为码元宽度), 并且

最大长度序列编码是使用中较常见的一种二进制相位编码。其结构类同于随机序列,因而具有我们期望的自相关数。它们是线性反馈移位寄存器所能获得的最长序列。而且,结构与伪噪声码相似,因而具有理想的自相关函数。最大长度序列常被称为伪随机数编码(PRN)。一个典型的移位寄存产生器如图2所示。

图2 移位寄存产生器

最大序列的长度是 2n-1,n为移位寄存产生器的级数。从 n级移位寄存产生器所能获得的最大长度序列的总数M为[3]

式中,pi为N的素数因子。对于一个给定的n值存在许多不同的序列,这一点对那些需要长度相同,序列不同的应用来说是很重要的。通过研究原始多项式或不可约多项式,可以确定提供最长序列的反馈连接。

最大序列的长度N等于序列中子脉冲的数目,也等于雷达系统时宽和带宽的乘积。低级数寄存器能得到大的时宽带宽积。系统的带宽由时钟的速率决定。改变时钟速率和反馈连接方式可产生各种脉宽、各种带宽和各种时宽带宽积的脉冲。在最长序列中,或的转变次数等于 2n-1。

2 PR序列编码方式的抗干扰性能仿真

PR序列编码方式因为可采用无周期性的码字,较线性调频连续波雷达具有更低的波形截获概率。外部的干扰信号与真正随机的噪声信号做相关处理后均被随机化,然后通过距离旁瓣抑制技术将随机化后的外来干扰信号抑制到一个工程实用的水平。在很多性能上都优于线性调频雷达。

下面主要就白噪声干扰,连续波干扰,相干转发式干扰三种干扰样式对二相码编码雷达的干扰效果进行仿真,研究二相码编码方式雷达的抗干扰性能。

仿真条件:仿真均为在基带的仿真,干扰信号的频率均位于载频上。二相码回波放入基带电压为1 V,干扰电压为 2 V。

2.1 白噪声干扰

图3所示为噪声干扰对二相码编码方式雷达的干扰效果仿真。

图3 白噪声干扰

通过仿真,可以看出,噪声干扰效果较差,因为PC系统的匹配滤波器是一相关器,随机噪声与信号完全不相关,得不到任何相关增益,而全相关的目标则能得到全部处理增益。处理后,信号的幅度电压为31 V,而干扰信号的最大幅度电压为 7.5 V,可见白噪声的干扰效果较差。

2.2 连续波干扰

图4所示为连续波干扰对二相码编码方式雷达的干扰效果仿真。

图4 连续波干扰

通过仿真,可以看出,连续波干扰效果较差,但较噪声干扰效果要好。因为连续波信号一般会在 PC匹配滤波器中产生一定的相关性,可得到比噪声波形稍高的功率增益。处理后,信号的幅度电压为 31 V,而干扰信号的最大幅度电压为 10 V。从图中可以看出,虽然干扰效果较白噪声干扰要好,但没有明显干扰效果。

2.3 相干转发干扰

图5所示为相干转发干扰对二相码编码方式雷达的干扰效果仿真,相干转发一半的 PC波形,将两个半码加 1的组合方式填充 PC网络。

图5 相干转发干扰

通过仿真,可以看出,相干转发干扰效果较好,因为相干转发干扰信号一般会在 PC匹配滤波器中产生相关性,可得到和信号类似的较高的功率增益。它在匹配滤波器的输出端产生两个跨骑在真实目标回波上的假目标,如图所示。处理后,信号的幅度电压为31V,而干扰信号的最大幅度电压可达到30V。可以看出相干转发干扰具有明显的干扰效果。

由于相位编码雷达信号一般是宽脉冲或准连续波信号,如果将整个脉冲进行干扰调制并发出,则干扰信号经雷达接收机压缩后,形成的干扰效果也会受到影响,因此,一般采用部分脉冲复制的方法,此时有较好的干扰效果[4]。

3 结束语

本文通过分析 PR序列码的编码原理,运用仿真研究了雷达 PR序列编码方式的抗干扰性能,发现雷达 PR序列编码方式能有效地对抗白噪声干扰和连续波干扰,但对抗相干转发干扰效果较差。因此,相干地部分转发截获波形的干扰方式可以有效地对付采用PR序列码编码方式的雷达。

[1] 丁鹭飞.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2002.

[2] 王国玉,汪连栋.雷达电子战系统数学仿真评估[M].北京:国防工业出版社,2004.

[3] Merrill I Skolnik.雷达手册[M].王军,译.北京:电子工业出版社, 2003.

[4] 施来赫 D C.信息时代的电子战[Z].成都:中电集团第 29研究所电子对抗国防科技重点实验室,2000.