雷达角度欺骗干扰的System Generator模型设计与实现*

吴若无，许 雄，秦洋瑞，邰 宁，韩 慧，陈 翔

（1.电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南洛阳 471003；2.电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室，陕西西安 710071）

0 引言

复杂电磁环境模拟以电磁环境要素模拟为前提，针对不断发展变化的电磁环境，有目的地去不断完备优化电磁环境构建要素，是一项长期的工作。近年来，随着单脉冲测角技术在雷达跟踪方面的不断应用，如何对采用单脉冲测角体制的雷达系统进行有效的角度欺骗干扰成为了研究的热点。两点源相干角度欺骗干扰对于大部分角度跟踪体制雷达的干扰具有普遍的适用性，它能使单脉冲雷达的瞄准轴偏出两干扰源连线之外进而使得雷达产生很大的测角偏差。但目前国内对于两点源相干角度欺骗干扰多处于理论研究和仿真验证阶段，对其硬件部署实现的研究工作少有报道。模型的开发及硬件部署调试验证是角度欺骗干扰工程化实现的关键环节，基于System Generator的系统级建模思想来进行模型的开发和验证，是未来信号处理算法开发验证的一个重要发展趋势，系统级建模能有效减少模型的开发及调试时间，同时模型良好的可移植性也可以支撑硬件升级后的模型重部署以及大规模模拟系统中模型的综合。

本文以完善半实物条件下复杂电磁环境模拟要素为基本出发点，同时兼顾模型开发的便捷性和可移植性，分析了影响两点源相干角度欺骗干扰效果的主要因素，研究了两点源相干角度欺骗干扰的System Generator模型开发方法，设计建立了两点源相干角度欺骗干扰的System Generator模型，并基于开放式可重构的信号模拟平台，开展了模型的硬件部署及调试验证工作。

1 干扰效果主要影响参数

两点源相干角度欺骗干扰利用单脉冲雷达角度分辨单元内2个或2个以上的干扰机协同进行干扰，雷达接收到的干扰源信号之间是相干的，即信号之间有着明确的相位关系。两点源相干角度欺骗干扰示意图如图1所示。

图1 两点源相干角度欺骗干扰示意图

在不考虑目标信号的情况下，设2个干扰信号J1、J2的相位差为φ，2个干扰信号的幅度分别为E1和E2。单脉冲测角雷达对接收到的和差信号两路信号进行混频、中频放大、相位检波和滤波处理后，将天线方向图展开幂级数取一阶近似后，代入近似的天线方向图函数，可以得出一定范围内近似的单脉冲雷达天线指向偏离角度为：

式中，b2=E21/E22，为2干扰信号的功率比。在2相干干扰源和干扰对象位置关系相对固定的情况下，2个干扰信号功率比和相位差是影响单脉冲雷达测角偏差的主要因素，理论上当功率比趋近于1、相位差为180°时，测角偏差趋于无穷大。但实际情况是由于随机误差、通道的不一致性、相位波程差等因素，两点源相干干扰很难做到理论上无穷大的测角偏差，而且当相位差相对180°偏离一个很小的角度时，两点源相干干扰引起角度测量偏差就会迅速减小，幅度比越接近，这种减小趋势越快，因此对于角度欺骗干扰模型工程实现来说，一个关键环节是如何更加精确地控制相干干扰信号到达干扰对象天线口面处的波前相位差和功率比。

2 System Generator模型建模

2.1 角度欺骗干扰的System Generator模型建模

结合上文分析梳理的两点源相干角度欺骗干扰的主要影响因素，开展了角度欺骗干扰的System Generator模型的建模工作。角度欺骗干扰模块主要的功能是对接收下变频后的2路干扰信号作移相处理，用于生成相位差为180°的2路相干信号，角度欺骗模块的功能框图如图2所示。在接收到下变频后雷达信号时，利用2个FIFO实现2路的存储，之后可以选取任意一路信号与DDS产生的移相信号相乘，之后经过延时模块，完成对干扰信号的距离调制和相位微调，再经过幅度和速度调制后，生成所需的角度欺骗干扰信号，最后经上变频器后生成射频干扰信号。基于上述功能需求，建模形成主要的角度欺骗干扰System Generator模型如图3所示。

图2 角度欺骗模块功能框图

图3 角度欺骗模块System Generator模型图

2.2 仿真实验

为验证搭建的角度欺骗模块System Generator模型，开展了模型的仿真实验，以验证模型的主要功能。仿真参数设置为：雷达信号中频为50 MHz，信号带宽为5 MHz，系统时钟为50 MHz，脉宽为5μs，脉冲重复周期为50μs，通过角度欺骗模块生成的2路相位相差180°的仿真波形如图4所示。以第二路信号从上到下依次是第一路信号的实部、虚部和第二路信号的实部、虚部。

图4 相位相差180°的角度欺骗仿真信号

3 FPGA板级验证

3.1 硬件平台

产生2路相干角度欺骗干扰信号的信号生成设备的基本硬件组成框图如图5所示。其中2个DRFM模块中的ADC子模块分别用于实现雷达信号数字化。将利用System Generator搭建的角度欺骗模块编译成bit文件，加载到信号处理模块1的FPGA芯片中，用于完成数字正交解调、信号下变频、角度欺骗干扰信号的生成（移相、距离幅度速度调制），再进行2路干扰信号进行上变频，最后通过DRFM模块的DAC子模块发送出去。信号处理模块2对应的DAC接口，可用于生成角度欺骗干扰所需的转发雷达信号。

图5 信号生成设备基本组成框图

3.2 FPGA板级验证实验

在完成角度欺骗干扰System Generator模型硬件部署工作后，为验证模型功能的有效性，分别开展了模型相位调制能力和速度调制能力的验证实验。

在相位调制能力验证实验中，将雷达线性调频信号频率设定为350 MHz，调频带宽设为5 MHz，脉冲重复周期为500μs，脉宽30μs，利用图5所示的信号生成设备，利用设备的D/A模块输出雷达线性调频信号，并使用2个DRFM模块对雷达信号进行采集、调制、转发，形成2路相干角度欺骗干扰信号。在开展的FPGA板级别验证实验中，设置不同相位参数开展了多组实验，验证角度欺骗干扰信号相位调制的能力和精度。其部分试验结果如图6所示，分别设置2路相干干扰信号相位相差0°、90°、180°，利用Lissajous图形法，对其相位差进行测量。从测量结果来看，图6(a)、(b)、(c)中最上面的图形，能较好地满足相位相差0°（45°直线）、90°（正圆）、180°（135°直线）的图形形状。同时利用示波器，抓取任意一个周期的2路干扰信号测量其相位差，其结果如图6(c)、(d)所示，相位差分别为−179.82°、−181.75°，幅度比分别为0.98、0.97。多组验证实验测试结果表明，输出2路干扰信号的相位差和幅度比能控制在较小偏差内。

图6 相位调制测试图

其后又对2路相干角度欺骗干扰信号的速度调制能力进行了验证，设定干扰信号在一定距离上以100 m/s的速度向目标靠近，观测记录不同时间点距离的变化情况，部分测试结果如图7所示。图7中最上面波形为参考信号，用于判断调制速度后干扰信号的距离变化情况，左右2幅图为2路干扰信号（中间和最下面的波形）向目标移动的位置对比情况，从实际的测试结果来看，2路两路相干干扰信号能依照设定的速度进行距离上的移动。

图7 速度调制测试图

4 结束语

本文针对复杂电磁环境中雷达角度欺骗干扰环境构建需求，基于模型的快速开发及部署验证，分析了影响两点源相干角度欺骗干扰效果的主要因素。利用图形化的编程工具System Generator，以及已有的可重构信号生成硬件平台，搭建了角度欺骗干扰的System Generator模型，开展了模型的仿真及FPGA板级验证实验，测试结果表明，模型可实现对角度欺骗干扰信号相位、速度的调制，且能较为精确地控制2路干扰信号的功率比和相位差。同时通过该模型的开发部署及验证工作，进一步理清了可重构平台模型系统级、模块化开发的思路，验证了System Generator角度欺骗干扰模型硬件部署的可行性，有一定的技术参考价值，可为开展各类干扰环境的模拟工作提供方法支撑，同时还可为角度欺骗干扰的工程化实现起到一定借鉴作用。■