对脉压信号的移频干扰效果分析

王 强

(南京电子技术研究所，江苏 南京 210039)

对脉压信号的移频干扰效果分析

王 强

(南京电子技术研究所，江苏 南京 210039)

针对线性调频雷达信号距离和多普勒频率存在强耦合的特点，提出了多种移频干扰技术，并对不同移频干扰方法的效果进行了分析和仿真，该研究结果可指导干扰信号的波形设计。同时也分析了移频干扰对相位编码雷达信号的干扰效果，并对典型巴克码信号进行了仿真分析，仿真结果表明，移频干扰不适用于相位编码雷达信号。

移频干扰；线性调频；相位编码

0 引 言

为了探测导弹、无人机和隐身飞机等雷达截面(RCS)小的目标，雷达需要提高发射功率，但是无限提高发射功率不仅会出现技术瓶颈，而且不利于射频隐身，容易遭受反辐射武器的攻击。为了解决这个问题，先进的雷达一般都会利用相干波形来实现目标检测[1]，常用的相干波形为线性调频信号和相位编码信号。当相控阵雷达对远处的隐身飞机进行探测时，脉冲宽度通常在0.1～1 ms之间，如果机载干扰吊舱实施自卫干扰，在收发隔离度不能满足要求的情况下，产生的干扰信号会滞后目标信号15 km以上，雷达可以采用前沿跟踪技术剔除干扰信号。由于线性调频信号在距离和多普勒频移之间存在强耦合，脉压后会引起距离随着多普勒频移的变化而产生测距误差，可以利用雷达的这一特点，在干扰信号上附加多普勒频移，实现对雷达的距离欺骗[2]。

文献[3]～[7]分别论述了单点移频、阶梯波移频和随机噪声移频干扰对线性调频雷达的干扰效果，文献[8]对比分析了移频干扰对线性调频和相位编码信号的干扰效果。本文从工程应用角度出发，针对线性调频雷达信号，研究了采用多点、阶梯波和线性函数移频的干扰效果，得出了各种移频干扰使用的边界条件。同时，分析了移频干扰对相位编码脉压信号的干扰效果，确认相位编码雷达信号具有较强的抗移频干扰能力。

1 对LFM信号的移频干扰效果分析

1.1 工作原理

假设雷达发射正向线性调频信号，表达式为s(t)=ej(2πf0t+πKt2),0≤t≤T，其中f0是初始频率，K是调频斜率，T为脉宽。雷达发射信号时频图如图1所示。

图1 雷达发射信号时频图

干扰机中的数字射频存储器(DRFM)模块对截获的雷达信号进行采样和存储，该样本信号的相位与雷达信号相位有固定关系，可以形成相干干扰。如果利用数字上变频电路使存储的雷达信号产生一个额外频移，这样就形成了移频干扰。假设ζ为附加频移，则移频干扰信号可表示为：

(1)

干扰信号进入雷达接收机后，在匹配滤波器的输入端表现为s(t)的频率发生了ζ的频移，移频干扰经雷达匹配滤波后的输出信号是一个单频振荡信号，假设B为输入信号的带宽，那么匹配滤波器输出信号为：

yζ(t)=

0

(2)

匹配滤波器输出信号的包络为：

|yζ(t)|=

0

(3)

1.2 干扰效果分析

当ζ≠0时，脉压输出主峰将偏移到t=T-ζ/K处；ζ>0时主峰导前，反之主峰延后。也就是时延量t-T与频移ζ存在耦合关系，所以附加有频移的干扰信号经匹配滤波处理后会引起失配，输出主峰宽度展宽，幅度按三角包络下降，相应的干扰功率会出现失配损失，频移越大，失配越严重。

当BT≫1时，匹配滤波器的幅度谱在f∈[0,B]内近似为一矩形。当移频量ζ>0时，干扰信号的幅度谱在f∈[ζ,B+ζ]内也近似为一矩形，根据信号系统理论知，只有它们重合的部分才能产生干扰输出。|ζ|越大，它们重合的部分越少，即假目标的能量越小。当|ζ|≥B时，则不会产生假目标。如果雷达接收相同功率的干扰和目标，可以得到以下3个结论：

综上所述，如果干扰信号中附加了频移ζ，一方面可以使假目标相对真目标发生前移或后移，表现为距离欺骗干扰效果；另一方面它还会使雷达匹配滤波后的载波频率发生改变，改变量为ζ/2。如果频移量ζ不是很大，干扰信号的频偏没有超出雷达接收机的带宽，那么就会得到预期的干扰效果；否则，干扰信号与匹配滤波器完全失配，得不到应有的干扰效果。

1.3 干扰效果仿真

移频干扰的目的是使雷达产生距离误差，在自卫式干扰场景下，假目标可以移到真目标的前面，达到了掩盖真实目标的目的。在DRFM模块中，可以采用数字正交上变频的方式来叠加频率偏移，频偏量可以是固定值、阶梯波函数和线性函数，不同的频偏方式产生的干扰效果不同，下面通过仿真来分析不同频偏的干扰效果。

(1) 多点移频干扰仿真

在干扰信号中叠加多个固定的多谱勒频率，可以实现多点移频干扰。

仿真参数设置如下：雷达信号的脉宽τPW=30 μs，重频fPRT=300 μs，线性调频带宽B=5 MHz，正斜率调制。如果采用多点移频干扰方式，干信比15 dB，移频量分别为f1=1.6 kHz，f2=3.3 kHz，f3=5 kHz，f4=6.7 kHz，干扰信号经过匹配滤波器脉压后的信号如图2所示。

图2 对LFM雷达信号的多点移频干扰效果

从图2可以看出，多点移频干扰可在雷达距离门上形成多个突前于真实目标的假目标，假目标的位置相对固定。

(2) 阶梯波移频干扰仿真

将接收信号脉宽分为N段，每段内附加一个固定移频ζ=ζ0+nΔζ(n=1,…,N-1)，则对于每一段干扰信号而言，都是一个窄的失配的LFM脉冲，故每段干扰信号都可能产生一个假目标，假目标个数为：

(4)

仿真参数设置如下：接收信号脉宽分为6段，起始段阶梯波的调制频率为12.5 kHz，脉冲段间移频增量0.2 MHz，干信比为15 dB。干扰信号经过匹配滤波器脉压后的信号如图3所示。

图3 对LFM雷达信号的阶梯波移频干扰效果

由于每段干扰信号都可视为一个窄的失配的线性调频脉冲，它所产生的干扰主峰与单频点移频假目标相比具有一定展宽。

(3) 线性函数移频干扰仿真

干扰信号的附加频移为线性函数fj=fj0+Kjt，干扰带宽为Bj=KjT。这种类型的移频干扰经匹配滤波输出后，可形成覆盖一定区域的前移干扰。

仿真参数设置如下：干扰信号起始频移为125 kHz，调制斜率为10 MHz/μs，干信比为20 dB。干扰信号经过匹配滤波器脉压后的信号如图4所示。

图4 对LFM雷达信号的线性函数移频干扰效果

2 对相位编码信号的移频干扰效果分析

2.1 工作原理

现代雷达中使用的相位编码信号形式多样，编码规律也很复杂，但常用的相位编码信号为二相码，编码规律为巴克码、伪随机码和M序列，本文主要讨论对二相码信号的干扰效果。假设雷达发射的编码信号为s(t)=ejφ(t)ej2πf0t，φ(t)为二进制相位序列{φk=0,π}，或ejφ(t)为二进制序列{ck=ejφk=+1,-1}。编码信号有p个码元，每个码元宽度为τ，脉宽为T=pτ的二相编码信号s(t)的复包络为：

(5)

u(t)的功率谱为：

|U(f)|2=τ2sinc2(fτ)[p+

pτ2sinc2(fτ)

(6)

约等号成立的条件是采用的二元码字具有良好的非周期自相关性，巴克码具有最好的自相关性。

以13位巴克码为例，假设雷达信号的编码规律ck=[-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1]，码元宽度τ=1 μs，其码元与频谱如图5所示。

图5 相位编码信号编码规律和频谱

2.2 干扰效果分析

如果在二相编码信号的载频上附加频率偏移ζ，产生的干扰信号可表示为sζ(t)=ejφ(t)ej2πf0tej(2πζt+φ)，去掉载频后干扰信号经过雷达匹配滤波器后的脉压信号可用式(7)表示:

(7)

(2) 当频移ζ=0时，sζ_compmax=pτ；

2.3 干扰效果仿真

为了说明移频干扰对相位编码信号的干扰效果，假设雷达采用13位巴克码，码元宽度τ=1 μs，针对不同的频移量ζ，计算干扰信号经过匹配滤波器后的增益损失，如图6所示。

图6 相位编码信号编码规律和频谱图

从图6可以看出，二相编码信号对频率的偏移十分敏感，移频干扰的脉压输出幅度呈现辛格函数的形式，第一零点出现在ζ=77 kHz，通过仿真分析，可以得到以下2个结论：

(1) 干扰信号中叠加频移，脉压后的干扰信号幅度会随着频偏的增加而快速下降，干扰能量损失很大，严重影响干扰效果；

(2) 即使干扰信号中叠加了频移ζ，也不能使脉压后的干扰信号位置发生变化，无法实现距离欺骗的效果。

对于相位编码脉压信号，移频干扰不能使干扰信号出现在真实目标信号的前面，从而失去对目标的保护作用。所以认为移频干扰对相位编码信号是没有干扰效果的。

3 结束语

本文分析了各种移频干扰对线性调频信号的干扰效果，从仿真结果来看，各种形式的移频干扰均有距离欺骗的效果，在使用过程中需要判断雷达信号的调频方向，以便选择正确的频率偏移量，确保干扰信号位于真实目标的前面，这样才可能有效对抗雷达的前沿跟踪技术。同时，本文也分析了移频干扰对相位编码信号的干扰效果，从理论分析和仿真结果来看，移频干扰对相位编码信号既没有能量优势，又不能产生距离欺骗的效果，因此对于相位编码脉压雷达信号，移频干扰是不合适的，需要寻找新的对抗手段。

[1] 丁鹭飞，张平．雷达系统[M]．西安：西北电讯工程学院出版社，1984．

[2] 赵国庆．雷达对抗原理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1999．

[3] 吕亚昆，杨承志，芦建辉．一种低截获概率雷达的移频干扰研究[J]．舰船电子工程，2014，24(7)：95-98．

[4] 张克舟，李青山，张恒．LFM 脉冲压缩雷达的随机移频多假目标干扰技术研究[J]．电光与控制，2014，21(8)：106-109．

[5] 孟超普，程林，王秀锦．对线性调频脉压雷达的改进移频干扰研究[J]．舰船电子对抗，2016，39(3)：1-6．

[6] 张汉伟，徐才宏．对LFM脉冲压缩雷达的干扰研究与仿真分析[J]．舰船电子对抗，2010，33(6)：22-26．

[7] 罗金亮，王松山，孙浩．DRFM移频干扰对LFM脉冲压缩雷达的影响及对策研究[J]．舰船电子对抗，2009，32(3)：18-22．

[8] 徐冬亮，王秀锦．对两种脉冲压缩信号干扰的对比[J]．舰船电子对抗，2010，33(4)：24-27．

EfficiencyAnalysisofTheFrequencyShiftJammingtoPulseCompressionSignal

WANG Qiang

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039,China)

Aiming at the characteristics that the distance and the Doppler frequency of linear frequency modulation radar signals are strongly coupled,this paper proposes a variety of frequency shift jamming technologies,and analyzes and simulates the effects of different frequency shift jamming methods.The results of this study can guide the waveform design of jamming signal.At the same time,this paper also analyzes the jamming effect of frequency shift jamming on phase coding radar signals,simulates and analyzes the typical Barker code signal.The simulation results show that frequency shift jamming is not adapted for phase coding radar signals.

frequency shift jamming；linear frequency modulation；phase coding

TN972

A

CN32-1413(2017)05-0030-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.05.006

2017-06-16