基于干扰机组网的新型相参干扰技术研究

李修和

(电子工程学院，合肥 230037)

0 引言

随着现代雷达技术的进步，相干雷达信号的广泛应用，传统的噪声干扰信号能量已经很难进入雷达接收机的信号处理终端，从而使干扰效率降到很低，为此产生了“灵巧噪声”(smart noise）干扰技术［1-2］。“灵巧噪声”干扰技术改变了传统压制性干扰的“功率”密集型，而转向“技术”集约型。另外，由于科技的发展，电子战从大型专用装备向装备小型化和网络化发展成为当今一大潮流，近距离相参干扰系统就是其中之一。文献［3］介绍了美军开发的“狼群”系统，文献［4］报道了我国对干扰机组网技术的研究，但都未涉及具体的技术问题。本文在深入分析现代雷达抗干扰能力的基础上，对比传统远距离支援干扰技术(SOJ），重点研究了组成近距离相参干扰系统(SFJ）的干扰机原理框图及其使用的干扰样式，详细分析了此种干扰技术的功率利用率和时频特性并进行了计算机仿真，结果表明近距离相参干扰系统压制性干扰较宽带阻塞式干扰有较大的优越性。

1 雷达ECCM技术与“灵巧噪声”干扰技术

1.1 雷达ECCM技术

对于SOJ 这种阻塞式压制干扰，雷达所采取的ECCM技术都是以增大雷达对目标的辐射能量和抑制进入雷达接收机的干扰能量为目标，从而减小雷达接收机端内的干信比。影响SOJ 效果的雷达ECCM技术有以下几种［5］:

(1）增大雷达对目标的辐射能量 主要是PC、PD 体制雷达采用新的信号形式和相控阵天线技术提高了雷达对目标的辐射能量。

(2）频域上降低干扰功率密度 主要是捷变频雷达和大带宽的扩谱信号迫使干扰机增大带宽，从而稀释了干扰功率密度。

(3）空域上降低干扰功率密度 主要是超低副瓣接收、副瓣对消和副瓣匿隐技术稀释了干扰功率密度。

(4）信号处理方式降低了干扰功率利用率 主要是PC和PD 等体制雷达的相参处理技术降低了干扰功率利用率。

1.2 “灵巧噪声”干扰技术

“灵巧噪声”干扰又称为多样调制干扰或覆盖脉冲干扰［6］(cover pulse），是一种有效的灵巧干扰样式。传统的噪声干扰是通过发射大功率的噪声调制干扰信号作用于对方雷达接收机的AGC(自动增益控制）系统，降低雷达目标的发现概率。而“灵巧噪声”干扰是通过发射灵巧的干扰信号样式，使得其能有效通过对方雷达接收处理系统，并作用在雷达显示系统上，使得操作者很难发现和分辨雷达目标的回波信号。

“灵巧噪声”干扰信号是将假目标和随机噪声干扰组合使用的干扰波形。这种干扰波形不仅具有雷达发射脉冲相干性，而且兼有噪声干扰的性质，使雷达信号处理器从干扰背景中提取真实目标时面临的问题更复杂［7］。把随机假目标和似噪声回波响应组合的高占空比的干扰波形可以有效对付采用相干处理技术的PC雷达、PD雷达以及旁瓣匿影或旁瓣对消技术。对于采用相干处理技术的PC 或者PD雷达，“灵巧噪声”干扰机在其目标回波附近发射许多相干噪声猝发脉冲。这些脉冲在时间上与雷达真正的目标回波重叠并且覆盖住目标回波，在频域上能覆盖并混乱多普勒滤波器，使有效的噪声干扰功率得到加强。而旁瓣匿隐技术只对低占空比的脉冲干扰有效［8］。当假目标干扰的干扰功率比较高而且数量非常众多(密集假目标干扰）时，雷达系统的主路接收机将在大部分时间内处于关闭状态，丢失主瓣探测数据。旁瓣对消技术［9］主要是利用相干对消对付旁瓣噪声干扰。由于“灵巧噪声”信号是对雷达发射信号的存储、调制和转发，相关性强，所以旁瓣对消技术对“灵巧噪声”干扰的对消效果比较差。同时，旁瓣对消器是有时间常数的，对脉冲不响应，因此一般不能抑制脉冲型的旁瓣信号。而“灵巧噪声”干扰信号具有脉冲信号的特征，所以能有效对抗雷达的旁瓣对消技术。

2 近距离相参干扰系统

2.1 干扰原理分析

近距离相参干扰系统是将众多体积小、重量轻、价格便宜的小型电子干扰机散布在接近被干扰目标的空域、地域上，自动地或者受控地对选定的军事电子设备进行干扰。而这里的相参干扰是指采用“灵巧噪声”的干扰信号样式，它能有效通过雷达压缩滤波处理系统，获得相应的相干处理增益。在图1中是以伞降的方式向雷达阵地附近撒布干扰机。根据干扰原理，干扰距离减少十分之一，则干扰强度增大100 倍。可见同样的干扰功率，近距离相参干扰系统的近距离干扰可以比SOJ 产生高得多的干扰强度;干扰信号不会受到低副瓣天线、副瓣匿隐或者对消的抑制，因而其干扰功率可以比副瓣干扰高40～60 dB。近距离相参干扰系统散布在不同的地域、空域，因而可以形成多方向的主瓣干扰扇面。这种多方向干扰扇面的组合，便可以形成大区域的压制性干扰扇面。不同方向的干扰信号进入波瓣自适应调零天线，当干扰方向大于或者等于自适应调零天线阵元数目时，自适应调零控制失效，干扰信号便可以顺利地进入雷达接收机。

综上所述，近距离相参干扰系统是一种先进的干扰技战术措施，它具有如下的特点:

(1）变副瓣干扰为主瓣干扰，以满足干扰方向对准的条件，能有效利用干扰功率;

图1 近距离相参干扰系统示意图

(2）变单向干扰为多向干扰，能有效对付雷达的旁瓣对消技术等;

(3）变远距干扰为近距干扰，以满足干扰功率足够大的条件，能有效对付雷达的频率捷变技术并降低干扰功率的衰减损耗;

(4）变阻塞干扰为瞄准干扰，以满足干扰频率对准的条件，能有效提高干扰的效率，即以较小的干扰功率达到较好的干扰效果。

2.2 干扰机设计

如图2所示，图中实线箭头表示信号路径，虚线箭头表示控制路径。这个先进的相参干扰机最重要的组成部分是数字射频存储器(DRFM），它是由一个高速A/D 转换器、一个高速RAM和一个高速D/A 转换器组成。射频天线接收到的雷达脉冲信号输入，首先通过混频器下变频到DRFM中的A/D 转换器能处理的带宽内，下变频后的雷达脉冲由A/D 转换器进行采样，采样的速率要足够高，以便获取完整的脉冲信号瞬时带宽内信息和整个工作带宽内信息，以应对雷达脉冲信号的跳频。一般为达到这个要求，采样速率都在1 GHz 或更高。然后，脉冲采样信号被读入高速RAM存储一段时间，存储的时间由控制器控制。当需要对该雷达信号进行干扰时，由控制器控制读出该采样信号并送至D/A 转换器，接着信号送到调制器与干扰信号源进行附加调制，得到想要的干扰信号波形，然后对该信号进行上变频并送到发射天线发射出去。在上变频期间，通过直接数字合成器(DDS(频率源））把一个额外的多普勒频率加到雷达脉冲中去，达到距离与速度的双重欺骗或压制效果。干扰信号的数量由硬件中上变频信道数决定(本文以两路信号为例）。

图2 相参干扰机的组成框图

2.3 干扰效能评估

以雷达对目标检测概率作为分析的指标，比较在传统的SOJ和本文提出的SFJ 干扰条件下雷达工作性能的变化情况和评估干扰的效能。

对于远距离支援干扰，雷达接收机端内信干比为

式中，Pt为雷达发射功率，Gr为雷达天线增益，σ为目标的雷达截面积，Rji为干扰机i 距雷达的距离，Gj为干扰天线增益，Grj(θ）为雷达天线在干扰机方向上的增益，Lr为雷达系统损耗，Lji为干扰机i的损耗，△fr为雷达接收机带宽，R为目标距雷达的距离。

对于近距离相参干扰系统压制性干扰，雷达接收机端内信干比为

式中，Lji为干扰机i的损耗，D为“灵巧噪声”获得的相干处理增益，Pji为干扰机i的发射功率，Gji为干扰机i的天线增益，△fji为干扰机i的带宽，Grji(θ）为雷达天线在干扰机i方向上的增益，γji为干扰机i的极化损失，n为干扰机数量，而式中其他参数含义同前。

为便于分析，不妨设所有组成近距离相参干扰系统干扰机的性能参数一样，干扰机的损耗记为Lj，干扰机的极化损失记为γj，干扰机的发射功率记为Pj，干扰机的天线增益记为Gj，干扰机的带宽记为△fj。近距离相参干扰系统近距离压制干扰条件下，雷达接收机端内信干比可简化为

式中参数含义同前。

在Neyman-Pearson 准则下，雷达的发现概率可用下式表示:

式中，n为脉冲积累数，SNR为无干扰条件下雷达接收机的信噪比，而干扰条件下SNR 可用SJR 替换表示。

3 计算机仿真

3.1 仿真试验1

针对同一部雷达，采用SOJ和SFJ两种战术作对比试验，考察两种干扰战术的干扰效能，考核指标为雷达检测概率。雷达技术参数有:发射功率300 W，天线增益40 dB，接收机带宽2.5 MHz，平均旁瓣增益－35 dB，系统损耗4 dB，噪声系数10 dB，最小可检测信干比3 dB。目标RCS 设为3 m2。SOJ和SFJ的参数有:发射功率分别为200 W和15 W，距雷达的距离分别为150 km和30 km，干扰机系统损耗分别为15 dB和6 dB，极化损失均为0.5，干扰天线增益Gj分别为25 dB和5 dB，干扰机带宽△fj分别为30 MHz和5 MHz，SFJ的干扰机数分别为1、3、5，参数完全相同。

根据式(1）、(2）和(4）分别计算采用两种干扰战术时，在不同干扰条件下，雷达的检测概率随目标距离变化关系图。仿真结果如图3所示。

图3 雷达受干扰后的检测概率随目标距离变化仿真图

通过上述仿真试验，可以得到以下3 点结论:

(1）SOJ 遭遇雷达ECCM的挑战，干扰效能急剧下降，雷达的检测概率受干扰影响较小;

(2）SFJ 由于干扰距离的抵近，降低了干扰功率随距离的衰减，增大了干扰功率密度，降低了对干扰机发射功率的要求;

(3）由于是组网干扰，干扰功率在雷达接收机处得到叠加，提高了干扰功率密度，且随着干扰机数量的增加，干扰效果会更加明显，雷达的检测概率受到了较明显的影响。

3.2 仿真试验2

为了进一步验证近距离相参干扰系统产生的干扰信号对付PC雷达的优越性，选取LFM雷达为例，采用射频噪声干扰波形和“灵巧噪声”干扰波形进行仿真试验，考察它们的干扰效能，对比匹配滤波输出，分别计算雷达接收机端内的干信比增益。其中，LFM信号的载频为30 MHz，调频范围为2 MHz，脉冲宽度为10 ms;噪声服从高斯分布，宽度为1 ms。雷达发射信号和干扰信号波形以及射频噪声干扰和“灵巧噪声”干扰的压缩滤波结果如图4所示。

图4 雷达信号及干扰信号的压缩滤波输出

由雷达信号参数可以得出，匹配滤波器的压缩增益为D=BT=2000。干信比增益定义为输出端干信比与输入端干信比之比。结果如表1所示，可见“灵巧噪声”干扰的干信比提高了9 dB。

表1 干信比增益

通过上述仿真试验，可以得到以下两点结论:

(1）由于雷达采用了压缩滤波处理技术，稀释了非相参干扰的功率密度，使得射频噪声干扰效能急剧下降;

(2）采用“灵巧噪声”相参干扰波形，干扰信号具有雷达信号的脉内或脉间调制特性，在时域压缩了干扰能量，使得干扰能量更加集中，从而能有效提高干扰功率利用率。

3.3 仿真试验3

雷达干扰机近距离相参干扰系统从不同方位对对方雷达施放干扰信号，对方雷达为脉冲压缩体制，且具有旁瓣对消技术，对消自由度为3(4 元阵）。仿真场景如图1所示，不同干扰方位数条件下的天线方向图如图5所示。

通过上述仿真试验，可以得到以下5 点结论:

(1）4 元阵的对消系数为3，虽然图5中的4 幅图都有3个凹口，但干扰方位数大于对消系数时，对消性能下降;

图5 不同干扰方位数条件下雷达天线方向图

(2）如图5(a）所示，当干扰方位数为1时，4 元阵的对消效果较好。在60°的干扰方向形成了约－50 dB的天线增益，起到较好的副瓣对消效果，压制了干扰功率进入雷达接收机;

(3）如图5(b）所示，当干扰方位数为2时，4 元阵的对消效果较好。在40°和60°的干扰方向分别形成了约－47 dB和－49 dB的天线增益，起到较好的副瓣对消效果，压制了干扰功率进入雷达接收机;

(4）如图5(c）所示，当干扰方位数为3时，4 元阵的对消效果较好。在20°、40°和60°的干扰方向分别形成了约－68 dB、－59 dB和－55 dB的天线增益，起到较好的副瓣对消效果，压制了干扰功率进入雷达接收机;

(5）如图5(d）所示，当干扰方位数为4时，4 元阵的对消效果变差。在20°、40°、60°和80°的干扰方向分别形成了约－40 dB、－36 dB、－32 dB和－50 dB的天线增益。

4 结束语

随着雷达对抗技术的迅猛发展，如何更好地干扰对方的现代雷达己经成为必须加紧研究的课题。雷达面对噪声干扰所采取的措施是尽可能宽地扩展其发射能量的频率范围以迫使干扰机稀释其有效辐射功率密度，采用窄带滤波技术对回波信号进行相干处理以获得相应的处理增益，并且尽可能使其对从天线旁瓣进来的信号的响应最小。从本文的分析结果来看，即使对宽带低旁瓣雷达，近距离相参干扰系统在主波束干扰方面仍具有优势。轻便灵巧的小型干扰机是雷达对抗的发展方向，近距离的干扰战术和相参干扰技术是对付新体制雷达的好方法。

［1］张煜，杨绍全.对线性调频雷达的卷积干扰技术［J］.电子与信息学报，2007，29(6）:1408-1411.

［2］周青松，张剑云，李小波.基于窄带DRFM的灵巧噪声干扰技术［J］.电子工程学院学报，2008(2）.

［3］四明.“狼群”智能传感器网络［J］.国际航空杂志，2005(7）:26-27.

［4］陈开林.有源干扰机组网技术分析［J］.电子对抗技术，2002(1）:10-13.

［5］李可达.现代雷达基本抗干扰技术［J］.航天电子对抗，2004(2）:15-19.

［6］胡生亮，金嘉旺，李仙茂.雷达旁瓣对消的多方位饱和干扰技术研究［J］.雷达与对抗，2003(3）:45-49.

［7］常晋聃，易正红，甘荣兵.相关干扰对旁瓣对消系统性能的影响［J］.中国电子科学研究院学报，2009，4(1）:89-92

［8］杨坚.PD和脉压雷达相参干扰技术研究［J］.电子对抗技术，1999(2）:15-19.

［9］吴一戎，胡东辉.一种新的合成孔径雷达压制干扰方法［J］.电子与信息学报，2002 (11）:1664-1667.