一种多域复合调制的雷达灵巧干扰新方法∗

宫 健,金虎兵,郭艺夺

(1.西安电子科技大学,陕西西安710071;2.空军工程大学,陕西西安710051;3.解放军95890部队,湖北武汉430030)

0 引言

灵巧干扰是在传统压制干扰和欺骗干扰的有效性受到挑战的背景下提出的一种新型干扰[1-6],通常在雷达中心频率附近发射多个时域上与真实目标回波重叠,并且覆盖住目标回波的猝发脉冲来实现[7-10]。目前,具有大时宽带宽积和复杂脉内调制规律的脉冲压缩波形已广泛应用于各种雷达。因此,针对脉冲压缩雷达的信号处理特点,设计出一种新的干扰方法,使其既能获得匹配处理增益,又能达到兼备压制干扰和欺骗干扰的“隐真示假”的目的,这是新型电子对抗系统探索和设计中的关键问题,具有重要的理论意义和工程价值。

1 LFM信号的匹配滤波处理

1.1 LFM信号及频谱

设线性调频脉冲压缩雷达发射信号为

式中,T为脉冲宽度,μ=B/T为调频斜率,B为调频带宽。

当BT≫1时,s(t)的频谱为

线性调频信号压缩比BT越大,幅频特性越接近于矩形函数,信号频宽近似等于信号的调频带宽B,当BT≫1时,线性调频脉冲的相位谱具有平方律特性。

1.2 LFM信号的匹配滤波

线性调频脉冲的匹配滤波器的频率响应为

式中,k为压缩滤波器增益,t0为压缩滤波器物理实现所需延迟。

为便于理论分析,令t0=0,则线性调频信号匹配滤波器输出的时域信号经包络检波后为

线性调频脉冲压缩输出是一个具有辛克包络的单载频信号,在t=0时刻输出达到最大值主瓣宽度为1/B。

2 时域噪声卷积干扰原理

2.1 干扰基本原理

设雷达点目标的响应函数为p(t),则目标回波可表示为

假设噪声信号为n(t),则干扰机发射信号为

因为匹配滤波器的响应函数为s∗(-t),所以目标回波与干扰信号同时经过脉冲压缩后的输出为

将式(5)、式(6)代入式(7),可得

设y(t),p(t),n(t)和s(t)的频谱分别为Y(f),P(f),N(f)和S(f),则

Y(f)对应的时域输出即为

式中,F-1表示逆傅里叶变换,F-1(|S(f)|2)表示点扩展函数。由于n(t)与点扩展函数卷积能获得压缩增益,使得较小的干扰功率就能产生较好的干扰效果,干扰功率利用率比较高。这种方法得到的干扰总能自动瞄准信号频率,且干扰带宽大致等于信号带宽,干扰能量进入雷达接收机之后几乎被全部利用,干扰效率很高。

2.2 干扰效果仿真

仿真参数设置为时宽τ=20μs,带宽B=20 M Hz,采样频率fs=100 M Hz,n(t)取均值为0,方差为1,时长为8μs的高斯白噪声,则仿真结果如图1所示。

可见,回波的主峰完全被淹没在噪声中,干扰效果较好。图1(c)中噪声对主峰的有效压制区域集中在8μs区域,噪声的有效压制长度和参与卷积的噪声长度相同,在干扰能量方面,卷积噪声干扰可以采用较少的能量就能获得较好的干扰效果。

图1 时域噪声卷积干扰

3 频域固定偏移干扰原理

3.1 干扰基本原理

固定移频干扰信号为

式中,fj为干扰信号相对于回波信号的频移量,T为线性调频脉冲宽度。

对J(t)作傅里叶变换得到频谱为

干扰信号经脉压网络后的输出:

固定移频干扰脉冲压缩输出是一个具有辛克包络的单载频信号,在t=-fj/μ时刻输出达到最大值,-4 dB主瓣宽度为1/(B-|fj|)。

3.2 干扰效果仿真

图2(b),(d)为频域固定偏移干扰脉压输出,真实目标位于t=0μs,右侧假目标位于t=10μs,fj1=-10 M Hz,左侧假目标位于t=-15μs,fj2=5 M Hz。固定移频干扰输出峰值位置的移动到t=-fj/μ处,因此通过调整频率偏移量的大小可抵消掉转发延迟的消极影响,形成时域超前的显著假目标。

图2 频域固定偏移干扰

4 多域复合调制的灵巧干扰

4.1 干扰基本原理

根据上面的公式和仿真结果可以看出,时域的噪声卷积干扰可以形成较好的压制效果,但是没有显著的欺骗干扰能力;频域的固定偏移干扰可以形成假目标干扰,但是没有压制干扰的能力;频域的固定偏移干扰输出峰值降低为原信号脉压后幅值的(1-|fj|/B),假目标的显著性不高。因此要想实现兼备压制干扰和欺骗干扰的目标,应当采用多域复合调制的手段,通过对接收雷达信号在时域上的噪声卷积、频域上的固定偏移和功率域上的增益控制达到“隐真示假”的效果,具体实现方式如图3所示。

图3 频域固定偏移干扰

4.2 干扰效果仿真

仿真参数设置为fj=15 M Hz,时域通道的功率增益调制为-2 d B,频域通道的功率增益调制为10 dB,雷达发射信号参数和采样频率不变,则仿真结果如图4所示。

图4 多域复合调制干扰“隐真示假”效果

由仿真结果可知,多域复合调制灵巧干扰可以形成一个远高于目标回波幅度的假目标,以及一定距离段上与目标幅度相近的噪声,它同时实施压制干扰和欺骗干扰,掩盖真实目标回波信号同时给出一个假目标信号,从而使跟踪器发生错误动作。

5 结束语

现代战争中围绕雷达的电子干扰与反干扰斗争从来没有停止,而且在矛盾斗争中不断发展。未来的电子干扰技术必将趋于组合化、精确化和智能化,时域、频域、空域、功率域、极化域等多域复合调制的灵巧干扰也必将成为其重要手段。

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