基于延时叠加多普勒调制的PD雷达干扰

张鸿 刘飞 吴伟伟

本文针对PD雷达的干扰问题开展研究，首先分析了PD雷达信号处理的原理，提出基于延时叠加多普勒调制的干扰方法，并对该干扰方法进行原理分析和仿真分析，仿真结果表明：通过延时叠加多普勒调制，可以实现对PD雷达的有效干扰。

1.引言

脉冲多普勒（pulse Doppler，简称PD）雷达是一种广泛使用的全相参体制雷达，它利用多普勒效应进行目标探测，由于采用相参脉冲串进行处理，具有非常高的速度测量精度，并且能有效的抑制杂波，因此具备在强杂波背景下动目标的提取能力。PD雷达的应用与发展是雷达理论与技术发展，特别是新型电子器件和数字信号处理技术发展的结果，是战略战术任务、目标环境变化，以及下视、下射、反低空突防任务的迫切需要。

PD雷达利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标回波和杂波的分离，能够从强地物杂波背景中提取运动目标；同时为了解决距离～速度的模糊问题，PD雷达采用多种重复频率进行解模糊，因此，PD雷达具有很强的抗干扰能力，传统的干扰技术很难对其形成有效干扰，并且随着数字处理技术的发展，仅仅通过速度或者距离的干扰已经很难奏效。

本文提出一种基于延时叠加多普勒调制的干扰方法，通过延时叠加实现距离维的有效干扰，通过多普勒调制实现速度维的有效干扰，最终达到对PD雷达的有效干扰。

2.PD雷达信号处理的原理

由经典的雷达理论可知，雷达的作用距离是和雷达的平均发射功率成正比的，脉冲多普勒雷达由于发射的是脉冲信号，所以在峰值功率一定的情况下，发射的脉宽越大平均功率就越高，作用距离也就越远，然而PD雷达的距离分辨是发射和回波之间的脉冲延迟差来确定的，即脉冲宽度越大距离分辨率越低。为了解决作用距离和距离分辨率之间的矛盾，PD雷达往往发射Chirp脉冲串，然后通过脉冲压缩同时获得较好的作用距离和距离分辨。下面假设PD雷达发射Chirp脉冲来推导径向匀速目标的回波模型以从数学上分析长时间相参积累时出现的包络走动以及其带来的影响。

设雷达所观测得目标的初始位置为，以匀径向速度v背离雷达飞行。第m个脉冲达到目标的时刻，雷达与目标之间的距离为R=Rn+vmT，回波延迟为trn=2（Ro+vmT）/c，其中T为雷达的发射脉冲重复周期。则第m个脉冲的目标回波为

其中M为积累脉冲数，当仁f=f时，傅里叶变换的相位旋转因子将各个脉冲的回波相位补偿到一致，从而实现同相相加即相参积累。

对于PD雷达分别为：脉宽T：5e-6us；PRF：10e3；相参处理脉冲数目：32：目标距离：10km：速度：-37m/s，信噪比：-6dB；杂噪比：20dB。图1为PD雷达处理前后的距离-速度二维曲线，其中图1（a）为未进行脉冲压缩和多普勒处理的距离一速度二维曲线，图1（b）为经过脉冲压缩处理后的距离一速度二维曲线，图1（c）为经过脉冲压缩和多普勒处理的距离-速度二维曲线，由图可以看出未进行脉冲压缩和多普勒处理时，在速度为0处存在非常强的杂波，而此时目标功率非常弱，经脉冲压缩后目标回波信号得到增强，但此时仍存在非常强的杂波，直接进行距离检测很难提取目标信息，当经过多普勒滤波处理后，在杂波处形成非常深的零陷，目标得到凸显。

图2为PD雷达距离检测（a）和速度（b）检测输出，由图2可以看出，PD处理后目标的距离为10km，速度为-37m/s，与初始设置的一致，因此，通过PD处理，雷达可以从距离和速度对目标进行测量。

3.延时叠加多普勒调制干扰产生方法

延时叠加干扰采用如下图所示的产生方法，干扰机对接收到的信号延时T后进行全脉冲存储，后叠加第二个脉冲，后叠加第三个脉冲，依次叠加，后叠加第N个脉冲。

延时叠加干扰后产生的干扰信号表达式为：

有上式可以看出，产生的干扰信号可以看成多个目标的叠加，如果比雷达的距离分辨率小，N足够多，将形成密集的假目标。

随着PD雷达采用先进的信号处理技术，具备了将距离数据进行微分来计算目标的速度。将计算得到的速度值与多普勒测速测得的速度进行比较，从而剔除假目标。所以，单纯进行距离维的干扰很难对这一类PD雷达获得有效的干扰效。因此，在进行距离维的干扰时，必须同时引入速度维的干扰。

此时，延时叠加多普勒调制后产生的干扰信号表达式为：

4.延时叠加多普勒调制干扰仿真

下面对延时叠加多普勒调制干扰的干扰效果进行仿真，选用的参数为：脉宽T：5e-6us；PRF：10e3相参处理脉冲数目：32；目标距离：10km；速度：-37m/s，信噪比：-6dB；杂噪比：20dB，干信比15dB，干扰信号延时时间0.25us。

图4为延时叠加干扰下的PD雷达处理前后的距离一速度二维曲线，其中图4（a）为未进行脉冲压缩和多普勒处理的距离-速度二维曲线，图4（b）为经过脉冲压缩处理后的距离-速度二维曲线，图4（c）为经过脉冲压缩和多普勒处理的距离-速度二维曲线，由图可以看出未进行脉冲压缩和多普勒处理时，在速度为0处存在非常强的杂波，目标被干扰信号所覆蓋，并且干扰信号覆盖一定的距离区域，经脉冲压缩后干扰信号得到增强，仍无法提取目标，当经过多普勒滤波处理后，在杂波处形成非常深的零陷，此时干扰信号凸显出来。

图5为PD雷达距离检测（a）和速度（b）检测的输出，由图可以看出，PD处理后形成了密集的假目标，对应的速度检测结果为-37m/s，表1为对应的延时叠加干扰下PD雷达处理后的距离和速度结果，假目标共20个，假目标覆盖范围从8.25km到13km均匀分布，对应的速度均为-37m/s。

由于目前的PD雷达具备了较强的抗干扰能力，这种仅进行距离的干扰很容易被PD雷达所剔除，因此在进行距离干扰的同时还需进行速度维的干扰。图6为延时叠加多普勒调制干扰下的PD雷达处理前后的距离一速度二维曲线，其中图6（a）为未进行脉冲压缩和多普勒处理的距离一速度二维曲线，图6（b）为经过脉冲压缩处理后的距离-速度二维曲线，图6（c）为经过脉冲压缩和多普勒处理的距离-速度二维曲线，由图可以看出未进行脉冲压缩和多普勒处理时，在速度为0处存在非常强的杂波，目标被干扰信号所覆盖，并且干扰信号覆盖一定的距离区域，经脉冲压缩后干扰信号得到增强，仍无法提取目标，当经过多普勒滤波处理后，在杂波处形成非常深的零陷，此时干扰信号凸显出来，并且每个干扰信号的速度信息均不相同。

图6为延时叠加多普勒调制干扰下PD雷达处理前后的距离-速度二维曲线。

图7为延时叠加多普勒调制干扰下PD雷达距离检测输出，由图可以看出，PD处理后形成了密集的假目标，对应的最大速度检测和最小速度检测结果如图8（a）和图8（b）所示，表2为延时叠加多普勒调制干扰下PD雷达处理后的距离和速度结果，假目标共20个，假目标覆盖范围从8.25km到13km均匀分布，对应的速度覆盖范围从-50.56m/s到-22.21 m/s均匀分布。

图8为延时叠加多普勒调制干扰下PD雷达速度的检测输出。

表2为延时叠加多普勒调制干扰下PD雷达处理后的距离和速度结果。

由上面的分析可知，通过延时叠加多普勒调制，形成了密集的假目标，这些假目标具有不同的距离和速度，因此即使PD雷达采用抗干扰手段也很难将干扰剔除。

5.结束语

本文针对PD雷达的干扰，提出一种基于延时叠加多普勒调制的干扰方法，并进行了理论和数值仿真研究，仿真结果表明通过延时叠加多普勒调制可以实现距离维和速度维的有效干扰，最终达到对PD雷达的有效干扰。本论文的研究可以PD雷达的干扰提供一定的参考意义。