电子战干扰机干扰信号建模与仿真分析

刘东青，孙陈刚，姜 磊，黄 诚

(95510部队，贵阳 550025)

0 引 言

目前，关于密集假目标和灵巧噪声干扰的研究主要是集中在干扰信号的产生层面，少有文献从雷达抗干扰技术出发分析干扰信号的干扰效果。文献[2-7]基于间歇采样转发干扰技术，研究了密集假目标干扰信号的产生原理，仿真分析了采样周期、采样脉宽和延时间隔对干扰效果的影响。文献[8]提出了两种“有序”假目标的产生方法：通过对雷达信号间歇采样、存储、复制和非均匀重复转发或者先将截获到的雷达信号均匀分段再非均匀重复转发可有效调整假目标信号幅度，减少无人机干扰设备因改变假目标幅度需频繁切换干扰机发射功率引起的功率损失度。但是，两种方法产生的假目标相隔真目标较远，雷达在检测时可能会将最近的检测目标作为关联目标，使得干扰失效。文献[9]提出了一种实现密集假目标压制干扰的新方法：间歇采样累加干扰算法，合理选择干扰参数，可以节省干扰信号功率，但占空比增大时假目标相距真目标较远，使得压制干扰效果不理想。文献[10]利用DRFM对截获的雷达信号放大、下变频处理得到两路中频信号；两路信号经脉内延迟和上变频处理形成射频信号，对射频信号采用I/Q调制器实现多普勒频移产生灵巧噪声干扰信号。本文对这两种干扰样式开展进一步的仿真分析，以期为干扰机干扰样式的选取提供参考。

1 灵巧噪声干扰信号模型

假设LFM雷达信号为x0(t)，干扰机侦察分系统接收到x0(t)后，侦察分系统引导干扰分系统在精确的时间内先后经DRFM单元进行存储、多路时延和累加产生累加信号x′0(t)，如图1所示。

图1 累加信号波形图

将x0(t)的表达式写为

(1)

式中，f0为载频，γ为幅度函数，τ、B、Tr分别为雷达脉宽、带宽和重复周期，雷达一次扫描中脉冲积累数N，则累加信号x′0(t)可写为

(2)

其中，Δt为脉冲延迟时长，n(n=0,1,2,…,N′-1)表示延迟的脉冲个数。累加信号取决于脉冲延迟时长，用τ表示雷达脉宽，则图1(a)为当Δt<τ且等间隔时的累加信号，图1(b) 是当Δt=τ时的累加信号。若Δt<τ或Δt≥τ且不等间隔，产生的累加信号将更加复杂。

灵巧噪声干扰信号的产生机理是：假设高斯白噪声信号为n0(t)，首先将n0(t)经带通滤波器处理产生窄带白噪声信号n1(t)，然后以n1(t)为调制噪声信号对累加信号x′0(t)进行时域上的调制。联合式(1)、(2)，可知x′0(t)为

由式(3)可将灵巧噪声干扰信号表达式写为

我被东洋兵搡到一排青砖房子的西头。他们打开个房门，一脚把我踹进去，哐当一声就把门给锁上了。我爬起身，使劲拍着门板，大声叫唤着：“门打开，门打开！我有话跟你们说！”

s(t)=x′0(t)⊗n1(t)

(4)

为验证灵巧噪声干扰信号的有效性，模拟雷达参数进行仿真分析。

仿真实验1：雷达载频f0=1.5 GHz，带宽B=1 MHz，脉宽τ=40 μs，脉冲重复周期Tr=4 ms，LFM信号中心频率10 MHz，采样频率fs=25 MHz；干扰机干扰系统发射功率20 W，取脉内叠加时延Δt等间隔τ/4；高斯白噪声信号带宽3 MHz，不失一般性，取均值为0、方差为1。仿真结果如图2所示。

由图2可以看出，在时域上，灵巧噪声干扰信号的中心频率始终对准被干扰雷达的频率，即频率上实现完全对准；同时，在频域上，通过噪声调制方式，使得雷达目标回波被完全淹没在干扰脉冲中，即灵巧噪声干扰具有压制性干扰的效果。

2 密集假目标干扰信号模型

密集假目标干扰是某型干扰机干扰系统常用的干扰样式之一，其主要原理是利用DRFM对截获的雷达信号放大、下变频处理得到两路中频信号。两路信号经脉内延迟和上变频处理形成射频信号，对射频信号采用I/Q调制器实现多普勒频移产生密集假目标干扰信号。假设在某次任务中，干扰机截获到的LFM雷达信号为

x(n)=γ(n)cos[2πfcn+φ(n)]

(5)

式中，γ(n)为幅度函数，fc、φ(n)分别表示信号的载频和相位。

图2 灵巧噪声干扰信号模型

xI(n)=γ(n)cos[2πfcn+φ(n)]

(6)

xQ(n)=γ(n)sin[2πfcn+φ(n)]

(7)

式(6)、(7)为式(5)的I、Q正交分量。设多普勒频移量为fd，并引入正交数字信号cos(2πfdn)和sin(2πfdn)，将式(6)、(7)依次与cos(2πfdn)、sin(2πfdn)相乘再相减，得

x′(n)=xI(n)cos(2πfdn)-xQ(n)sin(2πfdn)

=γ(n)cos[2πfcn+φ(n)]cos(2πfdn)-

γ(n)sin[2πfcn+φ(n)]sin(2πfdn)

=γ(n)cos[2π(fc+fd)n+φ(n)]

(8)

由式(8)可知，经过处理后，x′(n)相对于x(n)实现了fd的移频。

联合式(3)、(8)可知，密集假目标干扰信号可用下式来表示：

(9)

仿真实验2：雷达和干扰机参数不变；移频量fd=2.5 kHz。仿真结果如图3所示。

从图3(c)、图3(d)可以看出，密集假目标干扰通过对截获的雷达信号进行复制和延迟转发，可以扰乱雷达对真实目标的检测。与灵巧噪声干扰相比，同等条件下在雷达重复周期内可以产生更多、更密集的假目标干扰信号，同时兼有欺骗性和压制性干扰的双重特征，具有多假目标压制干扰和欺骗干扰的效果。

3 密集假目标干扰新体制雷达仿真分析

随着战场环境的日趋复杂，雷达回波信号除了包含目标信号外还掺杂着各种杂波、噪声和干扰信号等。现代雷达多采用脉内/脉间相干技术、相干旁瓣对消技术、低截获概率、发射波形捷变等新技术，使得雷达系统的抗干扰能力和检测能力得到了很大提高，其中一种提高雷达检测性能的方法是恒虚警(CFAR)技术[11]，通过自适应门限(根据杂波、背景噪声和干扰的大小自适应地调整)来代替固定门限，极大地提高了现代雷达的检测性能。

为验证密集假目标干扰技术干扰新体制雷达(采用CFAR技术)的适用性，下面模拟仿真新体制雷达参数进行仿真分析。

图3 密集假目标干扰信号模型

仿真实验3：假设在某次干扰任务中，某干扰机对地面雷达进行干扰，掩护己方作战飞机完成对既定目标的突袭。脉内叠加时延Δt=τ等间隔，干扰机相距目标雷达50 km，雷达和干扰机其他参数不变；在60 km处有一固定目标，在120 和210 km处各有一运动速度为200和300 m/s的运动目标，截面积均服从Swerling I模型，采用高斯白噪声模拟雷达接收机噪声(均值0，方差1，噪声系数3 dB)；在距离雷达60 km的范围内，地杂波幅度服从瑞利分布，且杂波速度变化均方根值设为0.4 m/s。[12]

仿真过程中，取不同的干扰机发射功率仿真分析当雷达受密集假目标干扰时，经CFAR处理后的检测结果，如图4所示。

图4 不同功率条件下密集假目标干扰信号干扰效果

从图4可以看出，当干扰机发射功率取10 W时， 120 km处的动目标能被雷达有效检测，而210 km处的动目标不能被雷达进行有效检测；当干扰机发射功率为15 W时，产生的干扰信号将120和210 km处的动目标完全覆盖，雷达不能对目标进行有效检测。由此可知，发射功率为10、15 W时，被干扰雷达对目标的最大检测距离分别不超过210 和120 km。

进一步仿真分析干扰机发射功率与雷达最大检测距离之间的变化关系。图5是当干扰机发射功率以5 W步进、动目标距雷达的距离以5 km步进变化时被干扰雷达对目标的最大检测距离。

图5 干扰机发射功率和雷达最大检测距离变化关系

根据图5可知，当干扰机与目标雷达相距50 km时，随着干扰机发射功率不断增大，目标雷达对动目标的最大检测距离逐渐减小，10 W时最大检测距离为120 km，50 W时最大检测距离仅为48 km。

4 结束语

电子战干扰机干扰样式的选取一直是一个复杂的问题。本文基于该型干扰机干扰系统灵巧噪声干扰和密集假目标干扰的产生原理，建立了干扰信号仿真模型，验证了两种干扰样式的有效性。仿真结果表明，密集假目标干扰同时兼有欺骗性和压制性干扰的双重特征，具有多假目标压制干扰和欺骗干扰的效果，仿真结论可为电子战干扰机干扰样式的选取提供参考。