基于线性函数移频的前沿复制自卫干扰技术研究

安 涛，杨祎綪，刘金鹏

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

为了增大雷达的作用距离，需要增大雷达的平均发射功率，而提高雷达的距离分辨率又要求发射脉冲宽度尽量小，从而减小了雷达的平均发射功率[1]。脉冲压缩雷达采用宽脉冲发射来提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾[2]。

对线性调频(LFM)脉冲压缩雷达的自卫干扰一直是电子战领域研究的热点和难点，主要有卷积干扰、移频干扰、间歇采样转发干扰等干扰样式[3]。其中卷积干扰包括延时叠加、视频卷积等干扰样式。移频干扰包括单点移频、随机移频、阶梯波移频、线性函数移频、分段线性函数移频等干扰样式。间歇采样转发干扰包括直接转发、重复转发、循环转发等干扰样式。

1 传统前沿复制重复转发干扰原理

雷达是通过对回波信号的检测发现目标的存在并测量其参数信息的，而干扰的目的就是破坏或迷惑雷达对真正目标的检测和跟踪，干扰分为欺骗干扰和噪声压制干扰[4]。噪声压制干扰由于与LFM脉冲压缩雷达的匹配滤波器的脉冲响应不匹配，导致功率损耗比较大，因此干扰效果比较有限。而对存储的雷达信号进行调制生成的干扰信号与雷达的匹配滤波器的脉冲响应匹配，需要一定的干扰功率就可以达到欺骗或者相参压制的干扰效果。前沿复制是自卫干扰的重要干扰手段，前沿复制主要存储雷达信号的前沿片段，立即进行干扰发射，发射时重复转发前沿片段，发射宽带至少覆盖回波脉冲后沿。前沿复制重复转发干扰很好地解决了电子对抗中收发隔离的问题，得到了大量的应用。前沿复制重复转发干扰原理框图如图1所示。其中T为雷达信号脉冲宽度，Ts为存储片段宽度，Td为干扰机固有延时。

图1 前沿复制重复转发干扰原理框图

为了分析前沿复制重复转发干扰对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果，需要首先分析线性调频雷达信号的匹配滤波理论。线性调频信号可以用如下的复数形式来表达：

(1)

式中：f0为载波频率；T为雷达信号脉冲宽度；K为频率调制斜率。

fi=f0+Kt，0≤t≤T

(2)

线性调频信号匹配滤波器相位色散的绝对值与线性调频信号相同，但符号相反，从频域时间特性上可以认为是调频斜率相同，方向相反[5]。因此，线性调频信号的匹配滤波器时域脉冲响应为：

(3)

线性调频信号通过匹配滤波器后的包络响应为：

(4)

对应前沿复制干扰来说，干扰信号重复发射存储的雷达信号的片段，此时干扰信号的复数形式为：

(5)

式中:Ts为前沿复制宽度；N为干扰发射时发射的前沿个数。

此时第i个干扰信号片段通过匹配滤波器后的包络响应为：

|Ji(t)|=|h(t)*ji(t)|=

(6)

对前沿复制重复转发进行仿真，设定中频线性调频信号中心频率f0=1 800 MHz，带宽B=20 MHz，脉宽T=25 μs，数字射频存储器(DRFM)的采样率为2 400 MHz。假设干扰机所在平台距离雷达12 km，则回波信号脉冲压缩后出现在12 km处，此目标称之为真目标。由于在干扰时间段，干扰机存储信号需要时间，同时干扰机也有自身固有的链路延时，设定干扰机固定延时为200 ns，则干扰信号延时为Ts+200 ns，同时放大10倍干扰信号幅度，仿真结果如图2所示。

图2 不同前沿复制密度仿真图

由式(6)及图2可以看出，前沿复制的片段都能形成假目标，假目标均滞后于真实目标，滞后的距离为信号延时的距离，前沿宽带越宽，干扰信号发射延时越大，形成的假目标离真实目标的距离越远。随着前沿宽度的不断减小，由于干扰信号与匹配滤波器的匹配性越来越差，形成的假目标功率也越来越小，与真目标的相似度也越来越差。

2 线性函数移频干扰分析

前沿复制重复转发干扰很好地解决了电子对抗中收发隔离的问题，并且能够快速跟上目标，可以对目标进行逐个脉冲的干扰，从而形成多个假目标，形成欺骗干扰效果。但是经过匹配滤波器后形成的假目标为单点假目标，不能在距离上形成一定宽度的压制干扰效果，在自卫干扰环境下具有干扰失败的风险。

线性函数移频干扰是在单点移频的基础上改进而来的，与单点移频是在雷达信号上叠加单点频率不同，线性函数移频是在雷达信号上叠加按线性函数变化的频率信号。设置叠加的线性函数干扰信号起始频率为fj，线性函数调频斜率为Kj,则干扰信号可以用下式表示：

j(t)=u(t)ej2πf0tej2πfjtejπKjt2)=

(7)

设定中频线性调频信号中心频率f0=1 800 MHz，带宽B=20 MHz，脉宽T=25 μs，DRFM的采样率为2 400 MHz。干扰机自身固有的链路延时设定为200 ns，干扰信号幅度放大3倍，不考虑收发隔离问题，干扰机边存储信号边发射干扰信号，假设干扰机所在平台距离雷达12 km，线性函数移频干扰信号初始频率fj=2 MHz，分别设置不同的调频斜率Kj，仿真结果如图3所示。

图3 不同调频斜率的仿真图

在以上的仿真中，处于12 km处为真目标，处于11.655 km附近的为假目标。干扰信号通过匹配滤波后形成的假目标不再是单点假目标，而是在距离上覆盖一定宽度的假目标。随着调频斜率的增加，假目标距离覆盖宽度变大，但是由于失配严重，干扰信号的功率下降也更多。因此，可以适当增加干扰信号功率，选择较大的调频斜率，就可以形成覆盖一定距离的相参压制的干扰效果。

3 基于线性函数移频的前沿复制干扰分析

前沿复制重复转发干扰很好地解决了电子对抗中收发隔离的问题，并且能够快速跟上目标，对目标进行逐个脉冲的干扰。但是在自卫干扰中前沿复制重复转发干扰延时必须和移频干扰相结合才能形成超前的假目标，并且不能形成相参压制的干扰效果，在实际作战中有一定的风险。基于线性函数移频的全脉宽干扰，可以形成距离上覆盖一定宽度的相参压制干扰效果。但是在实际工程应用中，由于干扰机的发射功率越来越大，干扰机无法边存储边干扰，因此无法解决收发隔离的问题，接收到的雷达信号受到干扰信号的污染，无法形成有效的干扰。而基于线性函数移频的前沿复制干扰结合了前沿复制重复转发和线性函数移频的特点，既能够解决电子对抗收发隔离的问题，又能形成相参压制的自卫干扰效果。基于线性函数移频的前沿复制干扰信号可以用下式表示：

(8)

式中：Ts为前沿复制宽度；N为干扰发射时发射的前沿个数；fj为线性函数干扰信号起始频率；Kj为线性函数调频斜率。

仿真条件设定中频线性调频信号中心频率f0=1 800 MHz，带宽B=20 MHz，脉宽T=25 μs，DRFM的采样率为2 400 MHz。干扰机自身固有的链路延时设定为200 ns，假设干扰机所在平台距离雷达12 km，线性函数移频干扰信号初始频率fj=7 MHz，调频斜率Kj=240 kHz/μs，干扰信号幅度放大5倍，选取不同的前沿宽度，仿真结果如图4所示。

图4 不同前沿复制宽度仿真图

在以上的仿真中，处于12 km处为真目标，其它距离处为基于线性函数移频的前沿复制干扰信号脉冲压缩后的结果。与基于线性函数移频的全脉宽干扰相同，基于线性函数移频的前沿复制干扰信号通过匹配滤波后形成的假目标不再是单点假目标，而是在距离上覆盖一定宽度的假目标。与前沿复制重复转发干扰不同，基于线性函数移频的前沿复制干扰信号通过移频后形成的假目标超前真目标。因此，基于线性函数移频的前沿复制干扰形成的假目标具有超前、覆盖一定距离宽度等优点，在自卫干扰中具有良好的干扰效果。

4 结束语

本文讨论了传统前沿复制重复转发干扰、线性函数移频干扰的原理，并对2种干扰进行了仿真和分析。前沿复制重复转发干扰解决了干扰机中收发隔离的问题，并且形成多个假目标，形成了欺骗干扰效果，但是经过匹配滤波器后形成的假目标为滞后真目标的单点假目标，不能在距离上形成一定宽度的压制干扰效果，在自卫干扰环境下具有干扰失败的风险。线性函数移频干扰能够在距离上形成覆盖一定宽度的相参压制的干扰效果，但是不能解决收发隔离问题，在工程中的应用受到一定的限制。基于线性函数移频的前沿复制干扰综合前沿复制重复转发和线性函数移频干扰的优点，既能够解决收发隔离问题，可以快速跟上目标，对目标实现逐个脉冲干扰，又可以形成在距离上覆盖一定宽度的相参压制的干扰效果。