差拍处理算法对三型常规欺骗式干扰的对抗效果分析

董洪亮 谢 玲 任高辉

(1.西安电子工程研究所 西安 710100；2.西安应用光学研究所 西安 710065)

0 引言

密集假目标干扰、示样脉冲干扰、间歇采样转发干扰是现代雷达电子战对抗中应用特别广泛的三种干扰样式[1]，由于它们能够产生很多高逼真性的雷达假目标[2]，从而让雷达无暇顾及真实目标，甚至可以将雷达真实目标淹没在高密集的假目标群中，形成压制式干扰的对抗效果[3]，严重时还可以使雷达信号处理机出现饱和[4]，因此，如何有效地对各种雷达干扰样式进行对抗，成为了摆在雷达一方不得不去考虑的重要问题。本文中采用的差拍处理算法可以有效地针对三型常规欺骗式干扰，密集假目标干扰、示样脉冲干扰、间歇采样转发干扰进行抑制，下面，就通过原理介绍及数据仿真分析对其进行详细分析。

1 三型常规欺骗式干扰的产生机理

1.1 密集假目标干扰的产生机理

本文采用分段重构法来产生密集假目标干扰信号，该方法没有费时的乘法运算，占用的存储资源较少，分段重构法产生密集假目标干扰的示意图如下图1所示[5]。

图1 分段重构法产生密集假目标干扰示意图

S=S(1)+S(2)+…+S(n-1)+S(n)

(1)

然后将n段数据按照图1所示的组合方法进行重构，组合成(2n-1)段新的数据，图中每一段读出数据为圆点对应读入数据的和，即：

则生成的密集假目标干扰数据为：

J=J(1)+J(2)+…+J(2n-2)+J(2n-1)

(3)

1.2 示样脉冲干扰的产生机理

所谓示样脉冲干扰，就是干扰机对截获到的雷达发射信号S(t)仅取其一小段，记为ΔS(t)，然后以ΔS(t)作为示样，通过连续多次转发而形成的一种干扰样式，记为J(t)。其产生机理如下图2所示：

雷达发射信号S(t)：

ΔS(t)

示样脉冲干扰J(t)：

ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)ΔS(t)

图2示样脉冲干扰的产生机理图

1.3 间歇采样转发干扰的产生机理

所谓间歇采样转发干扰，就是干扰机把截获到的大时宽雷达信号，高保真采样其中的一小段信号，然后马上进行转发处理，再采样，再转发，如此循环，直到大时宽信号结束[7]。干扰机的接收机和发射机在整个脉冲宽度内是分时工作的，采取这种收发工作方式解决了干扰机收发隔离度不够的问题[8]。间歇采样转发干扰的产生机理如下图3所示：

其中第一行表示干扰机对截获的雷达发射信号进行间歇采样处理，第二行表示干扰机对间歇采样所得的信号进行转发处理。

图3 间歇采样转发干扰的产生机理图

间歇采样转发干扰所生成的主假目标y主(t)可以表示为式(4)：

(4)

其中，y(t)为未经过间歇采样的完整雷达信号的脉压结果。可以看出，所生成的主假目标和真实目标是完全相同的，只是在信号幅度上乘以一个占空比系数。

间歇采样转发干扰所生成的次假目标群y次(t)可以表示为式(5)：

(5)

一般所生成的任意相邻两个假目标之间的间隔Δt可以通过式(6)计算：

(6)

2 差拍处理算法处理流程及工程实现讨论

差拍处理算法主要针对线性调频(LFM)体制下的转发式类别干扰样式的抑制，本文中讨论的三型常规欺骗式干扰，密集假目标干扰、示样脉冲干扰、间歇采样转发干扰就属于此类干扰样式。

差拍处理算法的流程框图如下图4所示：

图4 差拍处理算法流程框图

此算法通过将雷达前面某一脉冲重复周期未受干扰的接收信号(干净Prf)作为参考信号，来对当前受到干扰的脉冲重复周期的接收信号取共轭运算后进行点乘运算处理，以此将所需要提取的目标回波信号分量移至低频带，将需要进行抑制的干扰信号分量移至高频带，从而可以通过设计合理的低通滤波器将干扰信号分量滤除，仅使目标回波信号分量通过，最后再将滤波后所得到的信号与之前的参考信号(干净Prf)相点乘，即可恢复出想要得到的目标回波信号，最终达到抑制干扰的目的。

将此算法应用于工程实践的技术难点是低通滤波器通带截止频率Fpass值的实时正确求取，Fpass的计算公式如式(7)所示：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|

(7)

其中，B为雷达发射信号的带宽，T为雷达发射信号的时宽，t1为想要恢复出来的真实目标所在位置对应的时延，t2为所选择的干净参考PRF信号的目标所在位置对应的时延。

那么在工程实践中，我们又如何对|t1-t2|的值进行计算？可以依据公式(8)进行推算：

(8)

其中，v为目标的运动速度，a为目标运动的加速度，正值代表加速运动，负值代表减速运动，T1、T2分别表示接收干净参考信号与受干扰信号的具体时间点，c代表光速。

当上面所考虑的工程实现问题都圆满解决后，只要我们准确计算出|t1-t2|的值，就可以正确设计出低通滤波器的通带截止频率Fpass值，进一步设计出有效、合理的低通滤波器，来对干扰信号分量进行有效地滤除。

有关此算法的详细数学推导过程可以参见文献[11]，此处鉴于篇幅限制，不再赘述[11]。

3 三型常规欺骗式干扰的抑制效果仿真分析

下面结合差拍处理算法对三型常规欺骗式干扰的抑制效果进行仿真分析，仿真条件设置如下：雷达发射信号ST(t)为线性调频信号，其数学表达式如公式(9)所示：

(9)

3.1 密集假目标干扰的抑制效果仿真分析

从图5对比中可以看出，自距离雷达175μs处起产生了10个间隔15μs的密集假目标干扰，真实目标位于198μs处。由于采用距离雷达196μs处的未受干扰的PRF作为参考信号，根据式(7)的Fpass计算公式得：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|=(8/150)·
|198-196|=0.1066MHz

(10)

可以看出，Fpass与图6(a)标定的0.1088是近似相等的，因此，将Fpass作为低通滤波器的通带截止频率是合理的，正好可以将真实目标的差拍频率分量筛选通过，而将干扰信号的差拍频率分量滤除，见图6(b)所示。仿真中我们取低通滤波器通带截止频率Fpass=0.11MHz，阻带截止频率Fstop=0.31MHz，滤波器阶数为253阶。从图6(c)中可以看出，经过差拍运算处理后，密集假目标干扰信号被抑制掉了，198μs处的真实目标被保留了下来。

图5 真实目标受到密集假目标干扰对比图

图6 差拍处理结果图

3.2 示样脉冲干扰的抑制效果仿真分析

从图7对比中可以看出，自距离雷达140μs处起产生了10个间隔15μs的示样脉冲干扰，真实目标则位于162μs处，介于第2和第3个假目标之间。由于采用距离雷达160μs处的未受干扰的PRF作为参考信号，根据式(7)的Fpass计算公式得：

Fpass=(B/T)·|t1-t2|=(8/150)·
|162-160|=0.1066MHz

(11)

可以看出，Fpass与图8(a)中标定的0.1133是近似相等的，因此，可以将Fpass作为低通滤波器的通带截止频率，它正好可以将真实目标的差拍频率分量筛选通过，而将干扰信号的差拍频率分量滤除，结果如图8(b)所示。仿真中我们设计低通滤波器通带截止频率Fpass=0.11MHz，阻带截止频率Fstop=0.31MHz，得到滤波器阶数为253阶。从图8(c)中可以看出，在经过差拍运算处理后，示样脉冲干扰信号被抑制掉了，只保留下了162μs处的真实目标。

图7 真实目标受到示样脉冲干扰对比图

图8 差拍处理结果图

3.3 间歇采样转发干扰的抑制效果仿真分析

图9(a)为间歇采样转发干扰的时域波形图，从图9(b)中可以看出，在距离雷达140μs处产生了一个主假目标干扰，在主假目标的两侧生成强度依次递减的次假目标群，且任意两个假目标之间的间隔为7.5μs，真实目标则位于159μs处，介于主假目标右侧第2和第3个次假目标之间。由于采用距离雷达158μs处的未受干扰的PRF作为参考信号，根据式(7)的Fpass计算公式得：

(12)

可以看出，Fpass与图10(a)中标定的0.06是近似相等的，因此，可以将Fpass作为低通滤波器的通带截止频率，它正好可以将真实目标的差拍频率分量筛选通过，而将干扰信号的差拍频率分量滤除，结果如图10(b)所示。仿真中我们设计低通滤波器通带截止频率Fpass=0.06MHz，阻带截止频率Fstop=0.25MHz，得到滤波器阶数为267阶。从图10(c)中可以看出，在经过差拍运算处理后，间歇采样转发干扰信号被抑制掉了，只保留下了159μs处的真实目标。

图9 真实目标受到间歇采样转发干扰效果图

图10 差拍处理结果图

从以上仿真分析结果可知，在差拍处理算法中，只要参考信号选取合适、低通滤波器设计合理，就可以将三型常规欺骗式干扰有效地抑制掉。

4 基于某型干扰机实测数据的对抗效果分析

下面的试验是使用了某部雷达上面的数据采集器，实时采集了某型干扰机发射的密集假目标干扰信号作为雷达回波信号，通过对此干扰实测数据进行分析，采用差拍处理算法进行了对抗验证试验，仿真验证结果如下图11、图12所示。

图13为雷达在不同情形下的脉压结果对比图，从图11(a)中可以看出，雷达在未受到干扰时，目标位于第172个距离单元。从图11(b)中可以看出，雷达受到了密集假目标干扰，产生了从雷达第158个距离单元开始的密集假目标，相邻两个假目标之间的间隔为25个距离单元，由于干扰机给产生的密集假目标干扰调制了一个移频分量，所以干扰超前于真实目标[12]，真实目标则位于第1个和第2个假目标之间，并且由于假目标干扰信号强度很大，真实目标已被完全淹没。从图11(c)中可以看出，在经过差拍处理后，密集假目标干扰被抑制掉了，真实目标又被恢复了出来。

图12为雷达在不同情形下的动目标检测(MTD)结果对比图，从图12(a)中可以看出，雷达在未受到干扰时，MTD图非常干净，图中深色区域代表目标所在区。从图12(b)中可以看出，雷达在受到干扰时，MTD图都变为深色，表示被密集假目标干扰所污染。从图12(c)中可以看出，在经过差拍处理后，密集假目标干扰被抑制掉了，MTD图重新恢复干净。

图11 雷达不同情形下的脉压结果对比图

图12 雷达不同情形下的MTD结果对比图

通过此干扰机实测数据的对抗分析验证，从实际工程应用方面更进一步验证了差拍处理算法在干扰抑制方面是有效的结论。

5 结束语

本文通过对差拍处理算法在不同干扰条件下对三型常规欺骗式干扰，密集假目标干扰、示样脉冲干扰、间歇采样转发干扰的抑制效果进行了仿真分析，得出了只要参考信号选取合适、低通滤波器设计合理，都可以将干扰信号有效地抑制掉。最后通过对采集的某型干扰机干扰实测数据进行了对抗分析验证，从实际工程应用方面更进一步验证了差拍处理算法在干扰抑制方面是有效的结论。