采用Chirp变换实现宽带DRFM的技术

刘 璐

(西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室，陕西西安 710071)

Chirp信号，又称线性调频信号(LFM，Linear Frequency Modulation)具有良好的时频分辨力，容易获得较高的脉冲压缩比，在现代雷达特别是高分辨力雷达中的作用突出，已成为现代雷达中普遍使用的一种信号［1］。

数字射频存储(DRFM，Digital Radio Frequency Memory)的基本功能是:将指定射频带宽内的输入信号以数字形式保存，在需要时重构输出该信号。DRFM是一种尽可能利用雷达目标回波信号和回波信息产生的原理，生成干扰信号、特别是假目标欺骗干扰信号的雷达干扰技术［2］。在雷达对抗中，由于DRFM技术可根据存储的雷达照射信号样本产生干扰信号，具有信号逼真、难以被雷达识别等优点，已成为现代雷达干扰机不可或缺的实现技术。

随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)和逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar，SAR)等宽带雷达的出现，大带宽LFM信号在雷达中应用越来越广泛。特别是雷达采用解频线调技术(DeChirp)后，只需要几十MHz的处理带宽就能获取上GHz宽带LFM信号的处理增益和目标分辨能力。与此同时，由于雷达干扰为非匹配信号处理，仍需对GHz带宽的信号进行处理，大大增加了DRFM和其他干扰信号处理的难度［3－4］。

文中借鉴雷达中DeChirp信号处理的思想，采用双线性变换的方法实现干扰信号处理，大大降低了DRFM信号处理带宽的要求，并通过理论分析和仿真验证，给出了基于Chirp变换的DRFM实现方法，讨论了其应用条件。

1 Chirp信号及其匹配滤波和

在雷达系统中，Chirp信号的匹配处理和脉冲压缩可以采用匹配信号处理方法和解频线调(DeChirp)处理方法［5］。

单个Chirp射频脉冲信号可表示为［5］

式中，t0，ω0，B0，τ0分别为s(t)的初始时间、初始频率、调频带宽和脉冲宽度。

Chirp信号的匹配滤波器为

匹配滤波输出信号为［6］

包络近似为辛克函数

压缩后的脉冲宽度

可见压缩后的脉宽反比于B0，与输入脉宽 τ0无关，而压缩后的脉冲宽度与雷达的距离分辨力成正比。

假设单边输入噪声功率谱密度为n0，在带宽B0内的输入噪声功率Pni=n0×B0，因此输入信噪比为［5］

式(4)在t'=0时输出信号达到最大值，其信号峰值功率为

输出噪声的平均功率为

输出信噪比为

可见匹配滤波脉冲压缩技术，可使单个脉冲的输出信噪比和距离分辨能力提高D倍，这对于提高雷达目标探测范围和探测性能尤为重要。普通Chirp雷达常用的D在数十至数百，而现代高分辨力Chirp雷达所用的D可达105以上。

采用DeChirp处理时，当雷达接收到目标回波后，产生与回波信号相似的本振信号

解线调的结果为

其中，RΔ=Rt－Rref为目标距离与参考距离之间的差值。显然，对于一个固定的目标解线调后的中频信号是与距离差值成正比的单频信号，该信号的频率为

匹配滤波和解线调方法是等价的，区别只是前者在时域实现距离分辨，而后者在频域实现距离分辨。雷达通过大时宽带宽积提高探测能力和距离分辨能力，通过DeChirp变换降低信号处理带宽。

2 双线性chirp变换的DRFM技术

雷达干扰由于采用非匹配处理，无法象雷达信号处理一样，产生与雷达照射信号相参、调频斜率相同的参考信号，因此无法在较低处理带宽条件下实现DRFM干扰。同时，受模数转换(ADC)、数码转换(DAC)和数字信号处理(DSP、FPGA等)器件水平和工艺水平的限制，目前还无法在大带宽条件下，采用DRFM技术产生干扰信号。为了解决此雷达对抗中的关键技术，多种文献提出了信道化DRFM的方法，降低信号处理带宽的处理难度，但其本质上并未改变大带宽处理的实质，本文借用Dechirp信号处理的思想，给出了基于Chirp变换的宽带DRFM实现技术。

对雷达辐射信号的侦察虽然是一种非匹配的信号处理过程，但也可以获得雷达辐射信号样本，较为准确地分析和测量雷达辐射信号的调制参数，并利用这些信息来引导干扰。

双线性Chirp变换DRFM系统的基本组成如图1所示。假设单个 Chirp脉冲信号s(t)的表达式如式(1)，双线性Chirp变换DRFM系统的基本工作原理是:首先利用侦察引导接收机估计出s(t)的上述参数，构建Chirp变换本振的基函数c(t)。

图1 双线性Chirp变换DRFM的原理示意图

对输入s(t)信号进行Dechirp变换

该式表明，Dechirp变换后的输出信号y(t)仍然可能是一个Chirp信号，其初始时间、脉宽、初始频率和调频带宽取决于c(t)相对于s(t)的各项引导误差，特别是对调频斜率参数μ0的引导误差。图1中的带通滤波器(BPF)是一个关键部件，为便于简化分析，假设其通带特性H(ω)为理想矩形

如果y(t)的频谱都位于BPF通带内，则y'(t)=y(t)，y'(t)送给DRFM进行信号波形的采样、存储和恢复，输出基带干扰信号y″(t)。在一般情况下，y(t)和y'(t)的带宽都将远＜s(t)的带宽，成为窄带信号。根据采样定理，对窄带信号y'(t)的采样、保存和恢复将非常容易，此时DRFM瞬时带宽只要不小于ωP即可。

为便于分析，假设DRFM只对y'(t)进行简单的波形采集、保存和恢复，并忽略噪声的影响，则DRFM的输出y″(t)=y'(t)=y(t)，为重构s(t)，需要再进行一次Chirp变换，即令基函数c(t)与y(t)相乘

图1所示的双线性Chirp变换DRFM可以简记为

它们分别表示Dechirp变换，DRFM和Chirp变换。

3 仿真分析

忽略系统噪声和各项参数引导误差的信号。仿真信号各项参数分别为

图2 基于Chirp变换的DRFM关键环节

仿真结果表明，在没有各项引导误差和DRFM信号重构误差的情况下，y(t)只保留了s(t)信号的包络，达到了宽带信号最大频带压缩的目的，且x(t)为s(t)信号的波形重构［3］。

4 结束语

(1)系统的瞬时工作带宽主要取决于Chirp本振的最大调频带宽，因此该系统不仅具有对抗的大带宽Chirp信号的能力，而且节省资源、降低了DRFM的技术实现难度。

(2)各项信号参数引导误差主要影响BPF带宽ωP，应该在满足系统综合引导误差的条件下选择尽可能小的ωP，以降低对DRFM瞬时带宽的要求，获得较大的Df。

(3)在相同的瞬时工作带宽B0max下，该系统的输出信噪比优于一般DRFM系统的输出信噪比。

［1］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2002.

［2］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2003.

［3］董创业.基于DRFM的雷达干扰技术研究［D］.西安:西安电子科技大学，2007.

［4］刘忠.基于DRFM的线性调频脉冲压缩雷达干扰新技术［D］.长沙:国防科学技术大学，2006.

［5］保铮，邢孟道，王彤.雷达成像技术［M］.北京:科学出版社，2004.

［6］楼顺天，李博菡.基于Matlab的系统分析与设计［M］.西安:西安电子科技大学出版社，1998.