欺骗式卷积干扰的DRFM实现方法

卢岩辉, 杨晓飞, 刘凯

（上海无线电设备研究所,上海 200090）

欺骗式卷积干扰的DRFM实现方法

卢岩辉, 杨晓飞, 刘凯

（上海无线电设备研究所,上海 200090）

结合线性调频脉压体制雷达的特点和数字射频存储技术（DRFM）的发展现状,提出了一种基于数字射频存储技术的卷积干扰生成方法,并在现场可编程门阵列器件中进行了实现。文中论述了DRFM的工作原理和卷积干扰可行的理论分析,同时给出了卷积干扰算法的实现方法。最后,通过自建的仿真试验平台进行了实验验证,并分析了试验结果。

数字射频存储器；卷积干扰；线性调频；雷达对抗

0 引言

脉冲线性调频信号是现代雷达常用的一种信号形式,发射时雷达通过发射宽脉冲实现足够大的作用距离,接收时雷达将宽脉冲回波信号进行脉压处理形成窄脉冲,提高了雷达的距离分辨率,有效解决了雷达脉冲峰值功率受限与距离分辨率之间的矛盾[1]。

另外,线性调频信号的脉压处理,使回波信号获得高的处理增益,而对于雷达发射信号不匹配的干扰信号则会产生较强的抑制作用,提升了雷达的抗干扰能力[2]。

对线性调频雷达的干扰样式研究较多,主要包括遮盖性和欺骗性干扰两类。欺骗式卷积干扰的主要工作原理是弹载干扰设备截获雷达信号后与视频信号卷积,经放大后转发对脉冲压缩体制雷达形成干扰,属于应答式干扰,是对付线性调频脉压雷达的一种有效方法[3]。

采用FPGA作为主控电路设计的数字射频存储电路（DRFM）具有信号处理便利、迅速的优点,能够快速生成和转发干扰信号。依据DRFM的新近研发现状,本文提出了一种基于DRFM的卷积干扰样式生成技术,用于对线性调频雷达实施电子干扰。

1 卷积干扰信号原理

设线性调频脉冲压缩雷达信号为

式中：f0为载频；μ=B/Tp为调频斜率,B为谱宽,Tp为时宽。

弹载干扰设备位于目标上,与探测雷达的距离为r。假设目标为点目标,反射强度为σ,则目标的响应函数为

其中：

式中：c为光速。则目标回波信号为

弹载干扰设备接收到雷达照射信号后,用一个调制信号f（t）与接收信号卷积后转发,即生成的干扰信号为

线性调频脉冲压缩雷达接收机中的脉冲压缩实质上是一个匹配滤波器,那么其输入信号为

分别设s（t）,r（t）,f（t）和u（t）的频谱为S（f）,R（f）,F（f）和U（f）,则

则经接收机匹配滤波器处理后输出的频谱为

与式（7）对应的时域输出为

式中：F-1[|S（f）|2]称为点扩展函数[4]。由式（8）可知,脉压输出信号中目标回波信号取决于目标的反射特性r（t）,干扰信号则取决于参与卷积的调制信号f（t）。

综上可知,调制信号只要选取为冲击脉冲串就可以便捷地产生假目标构成欺骗干扰[5]。

2 卷积干扰算法实现

卷积干扰是对付线性调频脉冲压缩体制雷达的一种有效手段[6]。由于干扰信号只取决于参与卷积的调制信号f（t）,可以通过选取不同的调制信号形式来获得不同的干扰效果,如脉冲串可以产生假目标欺骗干扰和视频噪声可以产生噪声遮盖性干扰效果。本文基于FPGA设计和实现卷积干扰,并选取脉冲串作为调制信号f（t）。

依据最终期望的欺骗干扰效果,可以通过设计脉冲串的形式来实现。假设调制信号f（t）为N个存在时延的脉冲组成的脉冲串,可以表示为

式（9）的物理意义是信号经过延时系统的N次ti延时。接收到的雷达信号与式（9）的调制信号f（t）做卷积处理后,相当于将雷达的线性调频信号分别位移了N次,卷积结果可视为N个时延不同的线性调频信号的叠加。

通过上述分析,卷积干扰的FPGA实现是对静态存储器SRAM中读出的数据进行卷积延时操作。

在具体实现结构上采用寄存器流水线方式,对并行数据进行一定延时τ后,再并行做加法操作,实现结构框图如图1所示。选取不同的延时τ时会产生不同的干扰效果,如取相同的延时τ,会产生位置间隔固定的假目标,选择不同延时τ值,则会产生位置间隔不固定的目标,需要依据期望达到的干扰效果选取和设计延时值。期望产生的假目标数也取决于延时间隔τ,比如在延时间隔相同的情况下,一个雷达重复周期内最多可以产生Tpf/τ个假信号,对方雷达脉压处理后将产生Tpf/τ个点迹。为有效覆盖和掩护真实目标,实战中往往通过生成足够多的点迹来达到欺骗干扰的目的。

图1 卷积算法结构图

3 DRFM设计

DRFM的工作原理是对变频处理后的雷达射频回波信号进行直接采样存储,保存了雷达原始信号的幅度和相位信息,使得存储信号与原始信号具有相干性,具有相参捕获及高精度复制威胁信号的能力[6]。

DRFM基本组成框图如图2所示。经变频处理后的中频回波信号经模数转换器（ADC）采样后以低压差分信号（LVDS）电平方式形成高速数据流,在现场可编程门阵列（FPGA）同步随机存储器（SRAM）读写控制逻辑的控制下,高速数据存入SRAM器件中。

当需要读出和生成干扰信号时,FPGA将SRAM中存储数据读出到FPGA内并进行干扰调制处理,最后将干扰信号输出到数模转换器件（DAC）中。

图2 DRFM基本组成框图

4 仿真结果与分析

为了测试基于DRFM卷积干扰技术生成方法的实际效果,建立实验平台模拟如图3所示的应用场景。

图3所示场景中,雷达模拟器接收回波信号和施放LFM信号,DRFM完成雷达信号的采集和卷积干扰处理并施放干扰,最终通过雷达模拟器来观察实际的干扰效果。仿真雷达参数设置为脉宽为4μs,带宽为50 MHz,载频为250 MHz,重频8 000 Hz。试验模拟获得4个假目标,即设计4个延时单元。采用信号源生成线性调频信号,如图4所示。

图3 试验平台模拟的应用场景

图4 线性调频信号

在脉冲同步信号控制下,数字射频存储电路对线性调频信号进行采集和存储,然后在DRFM的FPGA内部进行卷积计算处理,卷积调制的干扰信号由DRFM板上的数模器件生成模拟信号。雷达模拟器采样雷达回波和干扰信号,并对其进行脉压处理。

利用Xilinx公司ISE中的ChipScope pro analyzer分析软件观察结果,脉压前后的波形如图5和图6所示。

图5 信号卷积延时4次的FPGA脉压前结果

图5和6中可以分析出脉冲卷积干扰产生的假目标信号会滞后于目标回波信号。如果需要在回波前产生假目标,可以依据线性调频信号的频移与时延的耦合关系,先将回波信号做移频处理再与视频信号做卷积。另外,假目标的个数受到线性调频信号的时宽约束。

图6 信号卷积延时4次FPGA脉压后结果

5 结束语

卷积干扰是作为一种应答式干扰,弹载干扰设备在接收到雷达发射信号后就可以与某种视频信号卷积完成干扰调制,无需测频放大转发后就可对线性调频雷达实施有效的欺骗干扰。

数字射频存储技术正好具备高速采样、数据暂存和模拟输出的能力,满足了卷积干扰的应用需求,是一种有效的技术实施载体。两者的结合可以对线性调频雷达实施有效的电子干扰。

[1] George W.Stimson（著）,吴汉平,等（译）.机载雷达导论[M].北京：电子工业出版社,2005.

[2] 肖海泉,李敬辉,李仙茂,等.对线性调频脉冲压缩雷达的干扰研究与仿真分析[J].电子信息对抗技术,2008,23（6）：36-41.

[3] 赵国庆.雷达对抗原理[M].西安：西安电子科技大学出版社,2012.

[4] 保铮,刑孟道,王彤.雷达成像技术[M].北京：电子工业出版社,2005.

[5] 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.

[6] 包飞.DRFM系统研究[D].南京：南京理工大学, 2006.

The Digital Radiofrequency Memory Implemention Method of Deception Convolution Jamming

LU Yan-hui1, YANG Xiao-fei, LIU Kai
（Shanghai Radio Equipment Research Institute,Shanghai 200090,China）

Combine linear frequency modulation pulse compressed radar features with digital radiofrequency memory（DRFM）technology's evolution,a convolution jamming technique based on DRFM was introduced.It was implemented in field program gate array device.How DRFM and convolution jamming work were described by theory in the paper. How to implement in FPGA was also referred.Lastly,a test-bed was made to verify the technique and test results were analyzed.

digital radiofrequency momory；convolution jamming；linear frequency；radar countermeasure

TN974

A

1671-0576（2014）02-0018-04

2012-09-11

卢岩辉（1977-）,男,高级工程师,硕士,主要从事雷达导引头电子对抗与测试技术研究。