徐 磊,俞成龙,陈 旭
(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏 扬州 225101)
线性调频(LFM)信号脉冲压缩雷达,因其具有良好的功率优势,以及对回波多普勒不敏感的特性,具有广泛的应用[1-2]。在数字射频存储器(DRFM)技术的发展推动下,干扰技术也得到了快速发展,传统的模拟干扰变为了数字干扰,转发信号与原始信号具有很高的相干性[3],且干扰信号相关性好,使干扰具备压制、欺骗的双重特性,能有效对抗雷达的脉压系统,功率利用率高,干扰效果好。对雷达辐射源信号脉内特征评估的研究成为雷达对抗领域中的一个研究方向[4]。基于DRFM技术的干扰有全脉冲转发干扰、式样脉冲干扰、准式样脉冲干扰等[5]。文献[6]对基于DRFM技术的干扰进行了研究,将截获到的信号进行幅度、频率、相位调制后作为干扰信号转发给雷达,得到较好的干扰效果。LFM信号的距离多普勒耦合特性使得移频转发干扰具有较好的干扰性能。针对LFM脉冲压缩雷达开展基于DRFM技术的移频调制干扰技术研究具有十分重要的意义。
现有的移频欺骗干扰易被雷达识别,压制干扰全距离段压制,造成功率浪费,且欺骗压制分时实施,针对此问题,本文提出一种基于DRFM技术的自适应压制欺骗复合干扰方法,产生以掩护目标为中心的可设宽度的条带式压制干扰和预设起始干扰位置的距离拖曳式欺骗干扰,并且压制欺骗干扰同时实施。给出了移频干扰对LFM雷达的干扰机理,给出自适应干扰信号的模型及实现步骤,并进行了大量仿真实验和性能分析。
LFM信号是一种常用的雷达脉冲信号,具备大时宽带宽积的优势,可用脉冲压缩获取增益,并且对目标回波信号的多普勒频移不敏感,技术较为成熟[7]。雷达接收到目标反射回的电磁波,在信号处理系统中进行脉冲压缩,实质上是对雷达回波信号进行匹配或降旁瓣失配滤波处理。在匹配滤波处理中,与雷达发射波形不相关的干扰信号不能获得相应的处理增益,提升了雷达的抗非相参干扰能力。
LFM信号定义为:
(1)
移频干扰信号是由 DRFM 系统对截获的线性调频雷达信号相位调制后转发而形成的,干扰信号进入雷达接收机后,相对于原信号,其信号频率发生了fψ的频移,移频干扰信号定义为:
(2)
经匹配滤波器后输出的信号为[8]:
0
(3)
(4)
雷达接收到的相同功率的目标回波匹配滤波输出峰值ymax和移频干扰回波失配滤波峰值yψmax关系为:
(5)
针对LFM雷达,设计了一种基于DRFM技术的自适应压制欺骗复合干扰方法。该方法对接收到的雷达信号进行式样截取,通过对截取信号进行移频调制,在距掩护目标指定距离处形成欺骗干扰,在脉间内利用窗函数特性曲线对移频量进行二次调制,产生自适应距离拖曳干扰。根据截获的雷达信号时宽、带宽和预设的干扰位置自动计算欺骗干扰的移频量,根据拖曳策略及选定的窗函数生成二次移频量。通过对截取信号进行移频调制的同时进行变调频斜率调制,以掩护目标为目的在目标位置形成可设宽度的条带式压制干扰。根据截获的雷达信号时宽、带宽和掩护目标的位置计算压制干扰的移频量,根据设置的压制范围自动计算调频斜率调制量。
信号模型如图1所示,单个脉冲内期望得到的干扰效果如图2所示。
图1 干扰信号模型示意图
图2 单个脉冲干扰期望效果图
自适应干扰具体实现步骤如下,流程图如图3所示。
图3 自适应干扰方法流程
(1) 截取雷达信号并对参数进行分析,获得截取段的线性调频信号时宽宽度T1,带宽宽度B1。
(2) 计算截获的雷达信号调频斜率K,给出干扰机转发延时时间t0。
(3) 生成干扰(分2种情况):
① 生成条带式压制干扰J1
(a) 设置以掩护目标为中心的条带式压制干扰压制范围J1R。
(b) 计算该压制范围下变调频斜率调制后的调频斜率k1:
(6)
式中:a为调频斜率改变系数;C为光速;K为原信号调频斜率;J1R为压制范围;T1为截取信号的时宽。
(c) 计算将条带式压制干扰中心调制到掩护目标位置的移频量fJ1ψ:
(7)
(d) 生成干扰中心与被掩护目标位置重合的条带式压制干扰J1。
② 生成欺骗干扰
以下公式中B为雷达信号带宽可根据侦察估计值确定,如无法确定则取B1。
(a) 设置初始干扰距离J2R0,即经雷达匹配滤波后第一个干扰脉冲距离被掩护目标的距离,滞后被掩护目标为正,超前目标为负。
(8)
(b) 计算第1个转发脉冲的初始频移量fJ2ψ0。
(9)
式中:移频范围为[-B1,B]。
(c) 设置欺骗干扰策略,选择脉间距离拖曳干扰以初始干扰距离为起点后拖或前拖,如后拖,移频量逐个脉冲减小;如前拖,移频量逐个脉冲增加,具体移频量计算见(d)。
(d) 计算第i个脉冲的移频量fJ2ψi。
前拖干扰二次移频最大值为fΔψmax=B-fJ2ψ0,后拖干扰二次移频最小值为fΔψmin=-B1-fJ2ψ0。
设对雷达进行N脉冲时间干扰,取点数为2N的窗函数为w,则前拖干扰第i个移频增量为fΔψmax×w(i),后拖干扰第i个移频增量为fΔψmin×w(i)。
(e) 生成距被掩护目标指定距离为起始的前拖或后拖自适应欺骗干扰J2。
(4) 将压制干扰和欺骗干扰进行加权调制,形成复合干扰:
(10)
式中:n为掩护目标个数,n∈(1,2,…,K);α,β为压制干扰和欺骗干扰权重。
场景应用实例:干扰机掩护5架突防飞机,在远区时,将n设置为5,权重β调节为0,干扰机对LFM雷达实施远距离多条带式压制干扰。飞机突防到一定距离后,调节权重α,β值,干扰机对LFM雷达实施压制和欺骗复合式干扰。在近区时,根据突防的飞机数量调节n值,将权重α调节为0,干扰机对LFM雷达实施距离拖曳式欺骗干扰。
参数设计:雷达信号带宽B=50 MHz,时宽T=50 μs,重复周期fPRT=250 μs,采样率Fs=100 MHz,底噪功率P1=-10 dB,信号功率P2=0 dB,数字储频截取时宽T1=25 μs,等待转发时间t0=0.1 μs,干扰机及掩护目标距雷达距离R=15 km,压制干扰覆盖范围J1R=950 m,压制干扰幅度调制α=60 dB,欺骗干扰距掩护目标初始距离J2R0=5 km,欺骗干扰幅度调制β=30 dB,拖曳方式为后拖,移频调制窗函数w选择hamming窗。常规移频干扰移频量为-8.233 MHz。
仿真结果如图4~图7所示。
图7 常规移频干扰下多脉冲脉压结果
图4给出了雷达初始脉冲受干扰前后脉压结果的对比,受干扰前雷达可正常检测到目标,受到自适应干扰后,以被掩护目标为中心产生条带式压制干扰效果,距离掩护目标5 km处产生欺骗干扰效果。
图4 初始脉冲受干扰前后脉压结果对比图
图5、图6给出了干扰前后多脉冲脉压结果对比仿真三维图和俯视图,受干扰前雷达可正常检测到目标,受到自适应干扰后,在32个脉冲持续时间内,以被掩护目标为中心持续存在条带式压制干扰效果,距离掩护目标5 km处产生的欺骗干扰逐个脉冲向后拖曳。图7给出了常规移频干扰下多脉冲脉压结果,在距离掩护目标5 km处产生欺骗干扰效果,常规移频干扰易被雷达识别。
图5 干扰前后多脉冲脉压结果对比三维图
图6 干扰前后多脉冲脉压结果对比俯视图
由Matlab仿真结果得知干扰效果和设计保持一致,本文所提自适应干扰方法能对LFM雷达产生较好的干扰效果,且不易被雷达识别。
基于数字储频技术,提出了一种针对LFM雷达脉冲压缩的自适应压制欺骗复合干扰方法。利用截获的雷达信号时宽、带宽、转发延时设置干扰参数,自动生成移频干扰所需的移频量。以掩护目标为中心形成可设宽度的条带式压制干扰,在距掩护目标指定距离为起始,形成距离拖曳式自适应欺骗干扰,且压制和欺骗干扰可同时实施。并对其进行了仿真分析,验证了算法的有效性。在仿真中欺骗干扰进行了后拖动处理,前拖处理原理与之相同,不再赘述。仿真参数为效果示意,不代表雷达真实参数。