数字射频存储应用及发展趋势∗

（海军航空大学岸防兵学院 烟台 264001）

1 引言

随着雷达技术的不断发展，不同体制雷达的应用，使得雷达分辨目标的能力有很大的提升，抗干扰性能越来越优异。数字射频存储技术的应用，可以快速、准确、有效地采取对抗措施［1-4］。DRFM具有存储能力可以复制雷达发射信号特征信息，可以有效地对现代雷达实施干扰。由于DRFM具有良好的在线编程控制能力，灵巧方便，体积重量小等优点，故备受各国重视。国内由于起步较晚，在DRFM研究方面具有较大的发展前景，研究DRFM技术在军事领域的应用以及发展趋势具有重大意义。

2 DRFM技术原理、发展现状及应用

2.1 DRFM技术原理

典型的DRFM系统如图1所示，由ADC模块，存储与调制器模块，DAC模块以及时钟工控模块组成［5］。将截获的雷达信号由ADC模块下变频的基带信号进行高速采样，将数字信号转换成模拟信号，存储在存储与调制器模块，其保留了雷达信号携带的细微特征信息，在需要实施干扰时，调制上特定的目标信息，再由DAC模块将数字信号转换成模拟信号，最后经上变频模块将中频信号转换成高频信号，由天线发射出去。

图1 DRFM系统组成

2.2 DRFM发展及现状

从1975年英国第一台DRFM研制成功，经过几十年的发展与深入研究，伴随着高速采样技术、半导体工艺以及电路结构等技术的进步，使得DRFM在量化方式、瞬时带宽、存储时间、存储方式以及杂散性能等方面的性能有了质的飞跃。

相比于传统的单通道DRFM技术，文献［6～7］提出正交双通道DRFM实现结构以及信道化宽带数字射频存储系统，最大将瞬时带宽提升了一倍；除此之外，量化方式与瞬时带宽也有关系，采用相位量化比幅度量化容易获得大带宽，但是降低了输出信号的信噪比［8］。限于硬件性能的原因，DRFM储器多采用一位量化方式，导致其性能不理想；随着半导体工艺的发展，美国所研制型号为KOR-1027的DRFM采用4位相位量化方式，与同代产品相比在瞬时带宽以及杂散性能方面有了较大的提升［9］，这方面我国经过长期的研究发展，目前已经将量化位数8位的DRFM应用于电子作战系统［10］。DRFM经过发展可以调制上目标散射特性，使雷达难以分辨目标真假［11］；在存储时间方面，美国生产的型号为Anaren的DRFM存储时间为250μs；21世纪初，英国EWST公司所研制的电子对抗模拟器，最大存储时间长达500μs。

DRFM经过几十年的研究，已经得到长足的发展，在各个领域应用逐渐成熟，但各方面的性能仍需要不断的完善。研制低杂散特性、大存储的DRFM系统迫在眉睫［5］；随着新体制雷达的出现，雷达带宽不断增加，且实战中电子干扰所处的电磁环境具有多种辐射源，综合使用时频谱范围更宽，迫使DRFM瞬时带宽的增加；硬件方面的研制依旧任重道远，器件的衰落特性，存储容量等都会给电子对抗的实际应用中带来影响。

2.3 DRFM军事应用

数字射频存储概念的提出主要是应用于军事领域，经过几十年的发展，目前军事领域主要应用于电子干扰［12～19］和雷达射频模拟器［20～25］的研制两个方面。

2.3.1 电子干扰

随着雷达技术的进步，雷达体制的发展，深度学习等一系列目标识别算法的应用［26～30］，使得传统的欺骗干扰容易被雷达所识别而剔除。由于DRFM的诸多优点，备受电子干扰领域学者的青睐。DRFM可以“存储”截获的雷达信号一些诸如相位等细微特征，干扰信号样式灵活具有高度相干性，且能调制上真实目标的散射特性，即产生的假目标不仅可以获得与真实目标相同的相干处理增益，而且具有类似的散射特性［11］，使得雷达难以分辨。

本文针对雷达发射信号不同、雷达体制不同，对于DRFM所采取的具体干扰方式进行论述。

信号模式层面，雷达技术日新月异，发射的信号越来越复杂。有线性调频信号、非线性调频信号、相位编码信号、步进频信号、携带极化编码信息的信号以及经过复杂调制的信号等。基于DRFM的电子干扰，基本上均为转发式干扰，无论信号形式如何，其工作流程为截获雷达信号、存储雷达信号、添加干扰信息、发射假目标信号。其中在添加干扰信息这一过程由于信号形式不同，调制的方法也不尽相同；如线性调频脉冲压缩雷达，由于雷达信号在时间与多普勒频率之间存在较强的耦合性，故在干扰时采用移频干扰的方法［16］，达到欺骗雷达的效果。

对于不同的雷达体制，在实施干扰时具体的实现方法不同。相控阵雷达由于其在扫描方式、脉冲重复频率以及脉冲宽度等方面变化灵活，这就要求DRFM对截获信号的采样方式、调制方法、转发速度等方面灵活多变。脉冲多普勒雷达，采用相干脉冲串信号，对回波进行相参积累，具有较强的抗非相干干扰能力；基于DRFM的电子干扰不仅具有高度相干性，还可以通过既定的转发间隔，灵活控制包含距离、速度信息的一系列假目标［31］。对于具有测高性能的雷达，一般的假目标逼真度较低，易被剔除，文献［19］基于无人机控制以及DRFM干扰，使得假目标运动状态更加逼近真实目标，这说明基于DRFM进行的干扰不仅需要对截获的信号进行调制，还需要平台本身的配合与控制。

2.3.2 DRFM在射频仿真中的应用

DRFM技术除广泛应用于电子干扰以外，还普遍应用于雷达射频模拟器领域，用于测试评价以及雷达系统研发，故各个国家均十分重视射频仿真技术的研发与应用。

美国诺·格公司研究开发了庞大的电磁环境作战模拟器（CEESIM）可以模拟复杂动态电磁环境，可以有效地对雷达等电子战设备进行测试。南非航空电子设备公司研制小型雷达信号模拟器具有重量轻，便于携带的优点，且能模拟产生6个固定频率的模拟信号［32］。相比于国外，我国射频仿真领域起步较晚，初期大多是模拟单个点目标，或者多个点目标的组合，反映复杂环境可视化模拟研究较弱。经过几十年的发展，射频仿真领域已初具规模；文献［20］基于DRFM与数字图像合成器，实现了高分辨雷达目标回波模拟器，可以逼真的模拟复杂目标的一维距离像；陈雷［22］等以DRFM为核心完成了基于目标特性的宽带雷达目标回波信号实时重构系统，具有较好的模拟精度；南京航空航天大学对相参雷达所处电磁环境进行了系统的模拟，并对某型雷达进行了测试，结果显示，研制的模拟器系统可以精确、稳定地工作［24］。

3 发展趋势

随着雷达技术的发展，雷达干扰技术发展也是突飞猛进，DRFM以其优异的性能愈来愈受电子干扰领域专家的重视。但是DRFM的发展依旧存在着不足，先进的干扰理论由于硬件工艺的落后，不能应用于装备，只能在软件仿真中实现；对先进的雷达如相控阵雷达、认知雷达以及MIMO雷达等无法实施有效的干扰；对复杂的信号波形不能很好地采样存储，甚至暴露自己的干扰信息。故，DRFM依旧有很大的发展空间，以下是对DRFM发展的展望。

3.1 对新体制雷达的有效干扰

不同体制的雷达，根据其发射信号特点以及探测目标的原理进行转发式欺骗干扰。相控阵雷达其发射信号具有截获概率低的特点，抗干扰能力较强；且其波束指向、驻留时间控制灵活，可以对不同方位实施探测；对仅用一部干扰机实施有效干扰提出了很大的挑战。成像雷达发射宽带信号，对目标进行成像、识别；单个脉冲时间较长，对DRFM的存储方式以及存储量提出了更高的要求。基于此，不仅要求改善硬件工艺提升DRFM的存储性能，更需要发展有效的信号存储技术，以降低DRFM应用对存储性能的要求［33］。

3.2 对复杂信号波形的有效处理

在雷达抗干扰中，发射复杂波形抗干扰具有较好的抗干扰能力，其针对DRFM采样、存储、调制、转发需要处理时间以及对发射信号“加密”处理而进行的主动抗干扰方式［34～35］，这就要求提升芯片工艺，增加存储量，对截获的雷达信号进行快速处理，以应对雷达发射的复杂波形。DRFM可以准确复制雷达信号的信息，但是无法预知雷达下一时间的发射信号，文献［36］基于脉冲分集理论发射携带水印的信号，利用回波信号延迟的时间，对比回波上数字水印的不同，以达到抗DRFM干扰的效果。这就要求DRFM在延迟转发之前，利用深度学习等有效算法，破译敌方信号的规则，有针对性地延迟转发干扰。

3.3 对DRFM器件特性的改善

对抗基于DRFM的欺骗干扰，不仅有发射复杂信号波形的主动抗干扰方式，还有基于DRFM组成器件固有特性，导致转发信号与真实目标回波信号差异进行的抗干扰识别。基于DRFM转发信号的相位量化特性，以识别干扰信号［37］；除此之外在进行采样量化时，将导致转发信号有谐波分量产生，易被识别。故，今后研究干扰算法的同时应提高DRFM各个组成器件的工艺水平，可以高逼真地模拟出假目标信号。

3.4 高逼真的欺骗干扰

随着宽带雷达的应用，真实目标的回波不再是点目标，而是由许多强散射点的回波叠加之和，且回波中包含着极化信息；所以基于DRFM的转发式欺骗干扰在对信号进行调制时，需要添加真实目标的散射特性，以使得假目标更加逼真；在对截获的信号进行量化、采样时的量化方法以及量化位数也会影响假目标的逼真性；除此之外，考虑到假目标个数、假目标在高度、角度、速度、距离之间的耦合关系，在程序设置时应更加谨慎，也是当前急需解决的问题。

3.5 智能化欺骗干扰

认知雷达是新一代智能雷达系统，在雷达信号的接收与发射具有自适应能力，可以与环境进行交互学习，以调整自身的参数，提高对环境的适应性能［38］。基于DRFM的转发式欺骗干扰灵活多变，对信号的采样、存储方式以及调制多种多样；但是只能按照既定的程序进行转发处理，没有达到自适应，可调节的能力。随着人工智的发展，逐渐应用于各个领域，但是在DRFM方面却少有研究；将人工智能技术应用于DRFM工作流程中，以使其能够根据环境，自主选择信号量化方式、采样率、量化位数、存储方式以及调制方法等，以适应复杂的电磁环境。

4 结语

传统的干扰方式无法有效地在复杂的电磁环境中实施干扰；DRFM技术至今，已得到长足的发展，在电子对抗，射频仿真领域发挥着至关重要的作用。但是在具体应用上依旧存在着许多不足，有很大的发展空间，依旧是电子战领域研究的热点。