一种对相位编码雷达导前假目标干扰的新方法*

甄晓鹏，艾小锋，李永祯，冯德军

(国防科技大学 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，湖南 长沙　410073)



一种对相位编码雷达导前假目标干扰的新方法*

甄晓鹏，艾小锋，李永祯，冯德军

(国防科技大学 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，湖南 长沙410073)

摘要：相位编码脉冲雷达匹配滤波器不具色散效应的独特优势，使得对其进行导前假目标干扰成为技术难点与研究热点。首先分析了相位编码信号的特性，提出一种针对对称结构相位编码序列的部分码复制反向转发干扰方法，并对假目标导前距离、所需干扰功率与复制码元长度的关系作了详细分析。理论分析及仿真结果表明，该方法实现途径简单，是一种颇具潜力的新型干扰方法。

关键词：相位编码；模糊函数；m序列；部分码复制；反向转发；导前假目标

0引言

相位编码雷达在现代战争中的广泛应用使得对其进行有效干扰成为研究的必然，国内外在此方向的研究多集中停留在对相位编码信号特性分析、序列优化上，可对其进行有效假目标干扰的研究成果则较少。

文献[1-3]分析了伪码调相雷达工作原理，抗干扰、抗截获及良好的测距等特性，并指出相位编码脉冲压缩雷达信号不存在距离-多谱勒耦合问题。文献[4-5]从匹配滤波器群延迟(色散效应)角度阐述了移频干扰对线性调频信号可形成导前假目标，而对单载频信号、相位编码信号无法实现假目标导前的内在机理。文献[6-7]提出运用部分码复制转发实现假目标的导前，事实上，这种方法利用了伪随机码“01”局部分布不均，如对m序列整体有均衡性(0，1个数之差为1)而截取其一段则该段并没有此特性，该方法所形成的假目标位置和幅度有较大随机性，并且对干扰功率要求较高。文献[8]针对相位编码m序列的编码特点，提出了一种基于间歇采样的预测转发干扰方法，在理想条件下可取得较好假目标导前的干扰效果，但前提是对码元的准确获取并分析出整个码元序列，干扰效果很大程度上依赖于解码算法的准确度和实时性。

本文在上述工作的基础上，进一步深入分析了典型相位编码信号的特性与结构，提出一种基于对称结构编码序列的部分码复制反向转发干扰方法，并分析了假目标导前距离、所需干扰功率与复制码元长度的对应关系。理论分析及仿真结果表明，该方法实现途径简单，是一种颇具潜力的新型干扰方法。

1相位编码信号的特性

相位编码雷达信号是雷达脉冲脉内调制信号之一，属于脉冲压缩信号，压缩处理增益与编码序列长度成正比，雷达接收机可利用匹配接收得到压缩处理增益，降低发射信号的峰值功率。脉内相位编码调制一般有二相编码调制和多相编码调制，设二相编码雷达发射信号可描述为如下复数形式：

x(t)=a(t)ejφ(t)ej2πf0t,

(1)

式中：a(t)为脉宽为T1的矩形脉冲；ej2πf0t为载频信号；φ(t)为调相函数;且有

(2)

式中：pi为相位编码信号的第i个码元；τ为码元宽度。

相位编码信号具有接近图钉型的模糊函数[9](如图1)，这表明相位编码信号具有较好的距离分辨力，且对多普勒频移较为敏感。当雷达探测运动目标时，存在的多普勒频移将使回波信号各子脉冲特定的相位关系受到破坏，导致回波在压缩处理时增益降低，尤其是当雷达探测高速运动目标时，若不补偿则多普勒频移引起的失配更为严重。

图1　雷达二相编码信号模糊函数Fig.1　Ambiguity function of binary phase-coded radar signal

同时,由图1也可以看出与线性调频信号不同，相位编码信号不存在距离-多普勒耦合问题，频移并未能影响匹配接收输出时延，故应用移频干扰或间歇采样转发干扰等对线性调频信号产生导前假目标的干扰方法对相位编码信号将不再适用。其本质原因是相位编码信号的群延迟由编码序列P和子脉冲宽度τ决定而与频率无关，故调制频率不能改变匹配滤波输出时延，探索对相位编码信号的导前假目标干扰也成为电子对抗干扰方亟待解决的问题。

2部分码复制反向转发干扰

2.1干扰原理

m序列是伪随机序列中最重要序列中的一种，序列的最大长度决定于移位寄存器的级数，而码的结构决定于反馈抽头的位置和数量，不同的抽头组合可以产生不同长度和不同结构的码序列[10-11]，它不但具有易于产生的特点，还具有良好的自相关特性，在扩频通信及相位编码雷达等领域得到了广泛应用。

通过对部分码复制转发干扰效果分析可知，当用窗函数截取m序列的一段，可得该段与原序列的互相关性将降低的结论。因此可以考虑，将m序列复制前一段后进行反向转发，其互相关性又将如何？经反复分析发现m序列除具有周期性、均衡性外，在一定条件下还具有局部对称性，即在一定级数移位寄存器抽头结构与初始状态下将产生局部对称结构的m序列，如文献[12]运用平移截断法通过计算机筛选所获得的最优409位及101位m序列相位编码信号就具有该对称结构。现将该两序列复写如下，序列的自相关函数如图2所示，由文献[12]及编码优选理论分析，知该两序列有最大的主旁瓣比(28.7，24.6)dB。

A、409位长

B、101位长

图2　给定码组相位编码信号的自相关函数Fig.2　Autocorrelation function of phase-coded signal with the given sequence

经分析可发现若A序列以b点为截点分为前后2部分，b点之前的188位码元以a点对称，b点之后的221位码元则以c点对称，而101位相位编码具有类似的对称结构。对于具有该局部对称结构的相位编码信号可以通过部分码复制反向转发产生导前与滞后的假目标，具体干扰过程可描述为：在干扰机探测到雷达发射信号之后，运用数字射频存储(DRFM)技术[13-14]对信号无失真采样，截取其中一段并对该段相位编码信号反转放大发出，对雷达接收站进行干扰。

以该409位相位编码信号为例(下文同)，干扰信号在理想条件下(未考虑噪声、干扰机系统延迟等其它因素时)，干扰信号与目标回波信号通过匹配滤波器的过程如图3所示，图中对称排列的数字代表对称的码元结构。在t1时刻复制反向转发干扰信号将出现峰值，雷达回波信号通过匹配滤波器后在t2时刻出现峰值，即在目标回波匹配输出之前出现干扰峰值，实现假目标的导前。

图3　部分码复制反向转发干扰匹配滤波过程示意图Fig.3　Matched filtering process of partial elements copy and reverse repeater jamming

2.2干扰参数分析

由上节图3干扰过程可以发现当复制反向转发的码元在一个对称结构的前半部分中时，复制的码元长度(L)越长则干扰的幅值越大，所需干扰功率越小。复制反向转发的末端(N1)越接近对称点(N0)，t1，t2越靠近，则假目标导前的距离越小。设一个对称结构码元长度为M0，使所干扰雷达接收干信比为ndB时，真实目标幅度与假目标幅度之比为

(3)

式中：M为雷达信号码元长度。

假目标导前距离可表示为

d=cτ(M0-2N1)/2，

(4)

式中：c为光速；τ为码元宽度；N1为复制反向转发末端码元编号。

若保证假目标与真实目标幅值相当，所需干扰机有效辐射功率与雷达参数关系[15]为

(5)

当干扰机复制码元的起始位置一定时，如起始位置为第一个码元时(L=N1)，则将有复制的码元长度(L)越长，复制反向转发的末端(N1)越接近对称点(N0)，干扰峰值越大，假目标导前的距离越小。

3干扰效果仿真分析

设定仿真参数：雷达峰值功率P=200 kW，雷达天线增益40 dB，目标RCS为σ=1 m2，干扰机与雷达距离R=500 km，码元宽度τ=0.125 μs，信号脉冲宽度51.1 μs，载频1 GBZ，截取上节2.1(A)中该相位编码信号前60位、85位码元，在理想条件下(未考虑噪声、干扰机系统延迟等其他因素时)，干扰机有效辐射功率2.9 mW，1.4 mW，干扰效果如图4所示。

图4　对给定码组相位编码信号的部分码复制反向转发干扰Fig.4　Partial elements copy and reverse repeater jamming of the phase-coded signal with the given sequence

由公式(4)知该干扰信号将分别超前目标回波信号68，18个码元的时间，码元宽度为0.125 μs时，则该干扰将超前目标回波峰值(t2时刻)8.5，2.25 μs的时间，干扰分别在目标回波峰值之前8.5,2.25 μs处出现，仿真结果与理论值相符合，此时对应的假目标导前径向距离分别为1 275，337 m。同时，复制的码元长度直接决定雷达接收干扰及回波信号功率相等(0 dB)时的真实目标与假目标的幅度之比(此处分别为：60/409，85/409)，若保证假目标与真实目标幅值相当，则需结合公式则需提供所需有效干扰功率。可见，复制的码元位数对假目标导前距离、所需干扰功率有复合性的影响。

在该仿真条件下，由式(3)～(5)可得出部分码复制反向转发干扰所生成假目标导前距离、所需干扰功率与复制码元长度关系如图5所示。

图5　假目标导前距离、所需干扰功率与复制码元长度关系Fig.5　Relations between the distance of false targets, the requirement for repeater power and the length copied

可以看出复制反向转发干扰截取信号长度、位置对干扰功率、导前距离均有影响，即：截取信号长度的增加将节省转发所需的干扰功率，但同时也将损失假目标导前的距离。因此，对于具有该局部对称结构的相位编码雷达信号，采用部分码复制反向转发干扰时，应综合考虑复制反向转发长度，干扰功率及假目标导前距离等因素，并结合循环转发以期达到多假目标欺骗的干扰效果。

4结束语

通过本文研究可以看出，对于具有对称结构的相位编码序列，部分码复制反向转发可以产生导前假目标干扰，且对于具有双(或多)对称结构的相位编码序列，复制各对称结构的前半部分均可产生导前的假目标，复制对称结构后半部分则将产生滞后假目标。该方法无需对相位编码序列进行精确计算，实现方法较预测转发干扰更为简单易行，功率要求适中。理论上，复制反向转发对称结构相位编码序列的固定部分，可产生导前距离与幅值稳定的假目标，与部分码复制直接转发相比该方法所产生假目标在导前距离及幅值上具有更高可控性、稳定性。

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New Method of Preceded False Target Jamming Against Phase-coded Radars

ZHEN Xiao-peng, AI Xiao-feng, LI Yong-zhen, FENG De-jun

( National University of Defense Technology,State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environmental Effects on Electronics & Information System,Hunan Changsha 410073, China)

Abstract:Phase-coded radar has no dispersion effect, so its unique advantage makes the preceded false target jamming against phase coded radars become one of the technical difficulties and research focuses. The characteristics of phase-coded signal are analyzed first. Aimed at the symmetric phase-coded sequence, a novel jamming approach, partial elements copy and reverse repeater, for forming preceded false targets is proposed. Then the relations between the distance of the preceded false target, the requirement for repeater power and the length copied are analyzed in detail. Theoretical analysis and simulation results show that the new jamming method is easy to achieve and has potential value in practice.

Key words:phase-coded；ambiguity function; m sequence；partial elements copy；reverse repeater；preceded false target

*收稿日期：2015-02-05；修回日期：2015-07-07

基金项目：国家自然科学基金(61372170)

作者简介：甄晓鹏(1988-)，男，河北邯郸人。硕士生，研究方向为雷达电子对抗。 E-mail：zhenxiaopeng0520@126.com

通信地址：410073湖南省长沙市国防科技大学电子科学与工程学院CEMEE国家重点实验室

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2016.02.007

中图分类号：TN95；TN972

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2016)-02-0043-05

空天防御体系与武器