间歇采样干扰参数设置对雷达干扰效果的分析

杨 沛，万连城，庄 俊，王 鹏

(1.中国洛阳电子装备实验中心，河南 洛阳 471003；2.西安电子科技大学，陕西 西安 710071)

机(弹)载自卫干扰设备主要用于突防任务中对敌方雷达实施压制或欺骗干扰，掩护自身目标[1-2]。为减小干扰设备规模和提高干扰效能，机(弹)载干扰设备常采用相参干扰体制[3-4]，通过复制转发雷达脉冲实施干扰。从雷达角度观测，常规转发式假目标往往滞后于载体目标回波，不能实现自卫干扰的目的[5]。间歇采样干扰通过短时的采样-转发技术，产生离散的窄脉冲串[6]，经雷达脉冲压缩处理能够实现超前干扰，达到掩护载体突防的目的。

典型的间歇采样转发干扰信号系统基于DRFM实现[7-9]，其基本工作流程是干扰机对截获的大时宽雷达信号高保真地采样其中的一小段，再进行调制处理转发，然后采样与转发分时交替工作直至大时宽雷达信号结束。间歇采样干扰的参数主要包括采样周期、采样脉冲占空比，试验中发现不同的参数设置会对干扰效果产生影响。本文通过理论推导和仿真验证，分析了采样周期和采样脉冲占空比对干扰信号经雷达脉冲压缩处理后输出结果的影响，提供了采样周期和采样脉冲占空比的取值范围，为试验中干扰参数设置提供参考。

1 间歇采样干扰信号的脉冲压缩输出

1.1 间歇采样信号及其频谱

(1)

(2)

式中，幅度加权系数为an=τfssa(nπτfs) 。可见，p(t)的偶数次谐波分量为零，奇数次谐波分量的幅度随着n的增大而递减。

设雷达的发射信号为y(t)，脉冲宽度为T，带宽为B，其频谱为Y(f)。干扰机截获到雷达信号后，对其进行间歇采样处理，采样后的信号及其频谱可分别表示为[11]

xs(t)=p(t)y(t)

(3)

XS(f)=p(f)*Y(f)

(4)

1.2 间歇采样干扰信号的脉冲压缩输出

脉冲压缩雷达在发射端发射宽脉冲信号，在接收端引入一个压缩网络，从而得到窄脉冲，确保距离分辨率不受影响。压缩网络一般指匹配滤波器，匹配滤波器的实质是一种使输出信号的信噪比取得最大的最佳线性滤波器[12-13]。据此分析间歇采样干扰信号的脉冲压缩输出。

设匹配滤波器的响应为h(t)，间歇采样干扰信号经过匹配滤波器的输出为

ys(t)=h(t)*xs(t-t0)

(5)

将式(2)代入式(5)并将p(t)展开，可得

(6)

由式(6)可知，ys(t)由两部分组成，第一部分称为主假目标ys1=τ/Ts×y(t)，其为真实目标的复制，幅度为真实目标的τ/Ts。第二部分为次假目标串ys2=2τ/TS∑n=1sin(nπfsτ)/nπfsτ×cos2nπfst×y(t)，它们受2nπfst的调制，相当于真实目标的频谱搬移到间歇采样脉冲串p(t)的各次谐波nfs处，幅度为真实目标的τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs

主假目标与次假目标串形成以主假目标为中心对称分布的相干假目标串[14]，如图1所示(假设雷达脉冲宽度为50 μs，目标距离10 km，采样脉冲占空比20%，采样周期20μs，干扰信号能量与目标回波能量相同)。

缺铁性贫血在6岁以下的贫血患者中占90%[2],这主要是由于疾病早期并无特异表现,家长难以察觉。此疾病与铁元素吸收障碍、摄入不足等均有直接关系,机体可见持续性铁元素缺乏,进而造成血红蛋白合成功能下降[3~6],影响细胞充盈程度,最终引发小细胞低色素性贫血,同时,导致红细胞体积变化,可见其体积不均匀。地中海贫血则主要是因珠蛋白肽链合成障碍所致,根据其基因型可分为单纯性α地贫、单纯性β地贫、αβ复合型地贫。其中受基因缺陷影响,不同患儿珠蛋白肽链也不尽相同,故而患儿可能会出现不同临床表现,严重者可导致进行性溶血性贫血[4~5]。

图1 间歇采样干扰信号脉冲压缩输出

2 干扰参数设置对干扰效果的影响研究

由式(6)可知，间歇采样转发干扰的参数，主要包括采样周期Ts、采样脉冲占空比τ/Ts，分别分析其对干扰效果的影响。

2.1 采样周期Ts对干扰效果的影响

设线性调频信号为

(7)

式中，A为信号幅度，T为脉冲宽度，f0为信号中心频率，k为调频斜率，rect(t/T)为矩形函数。

将式(7)带入式(6)，可得间歇采样干扰信号经过匹配滤波器的输出包络为

|ys(t)|=|h(t)*xs(t-t0)|=

(8)

其输出包络为辛克函数形式。由辛克函数的特性可得，相邻峰值的间隔为

(9)

由式(9)可知，当雷达信号脉宽T和带宽B一定时，间歇采样干扰形成的假目标间隔与采样周期Ts有关。采样周期越大，间歇采样干扰形成的假目标间隔越小。合理设置采样周期，即可形成满足需要的不同距离间隔假目标串。

文献[11]研究表明，当采样周期TS>1/B时，匹配滤波器有较理想的输出，确保能够产生假目标。从频域看，对线性调频信号进行间歇采样相当于进行周期加权拓展[16]，采样周期越长，拓展周期越短，落入匹配滤波器的周期越多，次假目标的数量越多。但是采样周期越长，拓展的次假目标频谱间会发生重叠。当满足Δt>2/B，即TS

2.2 采样脉冲占空比对干扰效果的影响

由式(6)可知，主假目标的功率由采样脉冲占空比τ/Ts决定，当τ=Ts/2时，主假目标的功率具有最大值。次假目标串假目标幅度取决于τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs×cos2nπfst。cos2nπfst对其影响较小，采样脉冲占空比τ/Ts是影响次假目标串幅度的决定性因素。当采样周期一定时，调整占空比τ/Ts，可以改变主假目标与次假目标串的幅度比例，即改变干扰功率在各个假目标上的能量分配。

分别设置占空比为20%、30%、40%、50%，计算n为不同值时假目标的幅度加权系数，即间歇采样干扰信号经过脉冲压缩后在各次谐波nfs处的幅度，如表1所示。

表1 假目标串的各次谐波幅度加权系数 /dB

由表1可知，占空比τ/Ts较大时，虽然假目标幅度较大，但主次假目标幅度差也较大，可利用假目标数量有限；占空比τ/Ts较小时，虽然整个干扰系统输出的平均功率也较低，但主次假目标幅度差较小。通过增大干扰功率，可以有效利用的假目标数目增加。但是占空比不宜太小，否则导致间歇采样干扰信号与雷达信号相干性变差，匹配滤波后严重失配，甚至丧失干扰效果。

3 仿真验证

设置不同干扰参数，对干扰效果的理论分析进行验证。LFM雷达参数设置如下：信号带宽2.5 MHz，脉冲宽度T=50 μs，雷达信号处理采样频率120 MHz；真实目标距离10 km。图中对干扰信号能量进行了归一化处理。

3.1 采样周期Ts对干扰效果的影响

干扰参数设置为：采样脉冲占空比20%，采样周期分别为0.4 μs、10 μs、25 μs、45 μs，干扰功率比目标回波能量增大7 dB。

图2 不同采样周期Ts时的干扰效果

由图2可见，当采样周期Ts为0.4 μs时，不满足TS>1/B的条件，匹配滤波器不能产生假目标。当采样周期为10 μs和25 μs时，即1/BT/2时，主假目标与次假目标串发生重叠，使得假目标串能量向主假目标集中，假目标形状发生变化。

3.2 采样脉冲占空比τ/Ts对干扰效果的影响

干扰参数设置为：采样周期20 μs，采样脉冲占空比分别为1%、10%、30%、50%。

图3 不同采样脉冲占空比时的干扰效果

由图3可知，当采样脉冲占空比τ/Ts=1%时，因为占空比太小，导致间歇采样信号与雷达信号相干性变差，间歇采样转发信号与雷达信号匹配滤波后严重失配，丧失干扰效果。当采样脉冲占空比τ/Ts=10%时，各假目标虽然幅度比较低，但幅度比较均衡。如果加大干扰功率，能够形成多个假目标，将真实目标淹没于假目标中。当τ/Ts=30%和50%时，虽然主假目标幅度较大，但次假目标幅度降低较快。同时由于采样脉冲引起的时间延迟导致真假目标之间的距离增大，形成了假目标远离真实目标的现象。

综上可见，当采样周期保持不变，占空比逐渐增大时，干扰能量逐渐向主假目标和低阶次假目标集中，而且次假目标的幅度衰减很快，导致可以有效利用的假目标数目较少，一般多为3～5个，从而限制了假目标覆盖的空域范围。

4 结束语

间歇采样转发干扰利用脉冲压缩雷达雷达的脉内相干性进行干扰，能够使得干扰信号经过雷达脉冲压缩后产生多个距离欺骗的逼真假目标。本文分析了间歇采样的采样周期Ts、采样脉冲占空比τ/Ts对干扰效果的对应关系，并进行了仿真验证。针对不同的雷达，已知雷达信号脉宽和带宽等先验信息的条件下，合理的设置采样周期、采样脉冲占空比，并且适当增大干扰功率，能够形成有效的多假目标干扰，才能对脉冲压缩雷达产生良好的干扰效果。