基于瞬时相关调频谐波时序检测的伪码与线性调频复合调制探测器抗扫频干扰方法

中国信息通信研究院西部分院无线技术与管理业务部 程思备 骆 骁

为提高伪码与线性调频复合调制探测器(以下简称复合调制探测器)抗扫频干扰能力，分析了复合调制探测器针对扫频干扰的失效机理，提出了基于瞬时相关调频谐波时序检测的复合调制探测器抗扫频干扰方法；复合调制中频信号同预定延时伪码作瞬时相关后，利用目标距离信息同调频谐波对应关系，综合多次谐波时序信息提高探测器抗扫频干扰性能，并通过仿真和实测验证了抗干扰方法的可行性；仿真及实测结果表明，基于瞬时相关调频谐波时序检测的抗扫频干扰方法能够有效提高复合调制探测器的抗干扰性能。

伪码与线性调频复合调制探测器（以下简称复合调制探测器）兼备调频信号大带宽特性和调相信号低截获性能，逐渐被广泛应用在飞机高度表、无线电引信、低空探测雷达等领域。但随着电磁环境日益复杂及电子对抗技术发展，有源欺骗式干扰对复合调制探测器的生存环境造成严重威胁。其中“扫频式”干扰采用“快速扫描”的干扰策略，通过干扰信号载频全频段覆盖，同时具备了“压制式”干扰以及“瞄准式”干扰的干扰效果，被广泛应用在无线电干扰。

为提高复合调制探测器的抗干扰性能，相关学者从发射信号波形优化、码元优化及抗干扰方法设计等反面做了大量研究。晏祺等人利用模糊函数研究了复合调制信号距离分辨力、多普勒容限性、模糊函数切面等固有特性，并从发射波形参数优化角度提高复合调制引信抗干扰性能。Heidari-Bateni等人设计了多种混沌码优化算法，通过优化混沌码性能，提高复合调制探测器的抗干扰性能。乔彩霞等人设计了瞬时相关谐波解调串联的定距算法实现复合调制探测器的精确测距。

为提高伪码与线性调频复合调制探测器抗扫频干扰能力，本文分析了复合调制探测器针对扫频干扰的失效机理，并针对干扰作用下探测器的响应特性，提出了基于瞬时相关调频谐波时序检测的复合调制探测器抗扫频干扰方法；复合调制探测器输出复合调制中频信号后，首先同预定延时伪码作瞬时相关后，然后利用目标距离信息同调频谐波对应关系，综合多次谐波时序信息提高探测器抗扫频干扰性能，最后通过仿真和实测验证了抗干扰方法的可行性。仿真及实测结果表明，本文所提出的利用瞬时相关对调频谐波进行时许检测的抗扫频干扰方法能够有效提高复合调制探测器的抗扫频干扰能力。

1 复合调制探测器针对扫频干扰的失效机理

假设探测器在受到干扰作用时，接受到的信号仅存在扫频干扰信号，则干扰作用下探测器接收到的信号可表示为：

分析扫频干扰作用下复合调制探测器输出的多普勒信号，多普勒信号与干扰信号频率一致，多普勒信号包络与干扰瞬时相关信号m0次谐波包络一致。若干扰信号能量足够大且干扰调制频率进入多普勒频带范围时，探测器就会被干扰，提前输出起爆控制信号，扫频干扰作用效果如图1所示。

图1 扫频干扰作用下复合调制探测器的输出

2 基于瞬时相关谐波时序检测的抗干扰方法

2.1 复合调制探测器调频谐波时序特征

经过前述分析，瞬时相关输出信号经带通滤波所得各次谐波可表示为：

分析式(8)，复合调制瞬时相关信号各次谐波包络由混沌码相关包络和调频谐波包络共同确定，可以理解为混沌码自相关函数对调频谐波信号时域加窗处理。理想情况下，混沌码自相关函数在时域为图钉形，复合调制瞬时相关信号各次谐波幅值并不相同，次谐波能量最大，随着谐波次数增加或者降低，各次谐波幅值线性降低。但实际信号处理时，需要将连续信号离散采样，对复合调制中频信号采样会造成回波时延离散化，从而使混沌码自相关函数离散化。若采样间隔Ts=Tc/ n，则采样间隔同混沌码自相关函数关系如图2所示。从图2可知，采样导致混沌码自相关函数呈现阶梯状，采样间隔满足Ts=Tc时，混沌码相关函数在时域上表现为中心位置为τ0，宽度为Tc的门函数。此时式(8)可以简化为：

图2 混沌码自相关函数同采样间隔的关系

从式(9)可知，受混沌码相关函数的影响，瞬时相关输出信号位于门函数内的谐波包络由调频谐波包络确定，而位于门函数外的谐波包络幅值为零，瞬时相关输出信号需要选择位于相关窗内的谐波次数进行时序检测，相关窗内谐波次数满足：

式中，int表示取整。从上述分析可知，双通道谐波时序算法需要探测器满足两个约束条件，首先探测器采样间隔需满足Ts=Tc，从而保证门函数内各次谐波包络仅受到调频谐波包络确定；其次，探测器调制频偏同码元宽度满足BTc> 2，从而保证相关窗内存在两次以上的谐波。

2.2 复合调制探测器瞬时相关谐波时序检测算法原理

复合调制探测器瞬时相关谐波时序检测抗干扰方法原理如图3所示，同瞬时相关谐波解调串联定距算法相比，该方法在原有谐波通道上基础上增加了第(M + n) fm次谐波通道，(M + n) fm谐波经二次混频、包络检波后在进行下降沿检测。当目标逐渐靠近探测器时，(M + n) fm谐波先达到最大值并出现下降沿，探测器检测到(M + n) fm谐波下降沿后输出高电平。随着目标进一步靠近探测器，n fm次谐波幅值逐渐开始上升并达到最大值，当n fm次谐波幅值大于判决门限时探测器输出高电平，只有探测器同时获得两个高电平时，才输出目标的距离信息。基于瞬时相关谐波时序检测算法充分利用了目标距离信息同瞬时相关输出信号各次谐波时序信息的对应关系，通过检测(M + n) fm谐波下降沿和n fm次谐波的幅值提高探测器的抗干扰性能。

图3 瞬时相关双通道谐波时序算法定距原理

3 仿真及实测结果

3.1 算法抗干扰性能仿真验证

采用matlab仿真验证瞬时相关谐波时序检测算法的抗干扰性能，仿真参数设置如表1。探测器调制频偏B=100MHz，码元宽度Tc=50ns，探测器预设距离6m，此时混沌码预定延时τ0=40ns，第1～4次谐波位于混沌码相关门函数内，而其他次谐波位于混沌码相关门函数外。

表1 仿真参数

复合调制瞬时相关信号第1～4次谐波以及第6次谐波仿真结果如图4所示。从仿真结果可以看出，第1～4次谐波位于门函数内，因此各次谐波包络基本一致，幅值大小相同，但谐波峰值对应着不同的弹目距离，4次谐波峰值出现在6m位置，3次谐波峰值出现在4.5m位置，2次谐波峰值出现在3m位置，1次谐波峰值出现在1.5m位置；而第6次谐波则位于相关窗外，谐波幅值接近于零。根据上述分析，可以选择第2次谐波作门限判决完成定距，第4次谐波作下降沿检测提高抗干扰性能。当探测器同时检测到第4次谐波包络下降沿以及第2次谐波峰值后输出目标距离信号。

图4 复合调制探测器各次谐波仿真结果

3.2 算法抗干扰性能试验验证

在微波暗室条件下测试瞬时相关谐波时序检测算法的抗干扰性能，测试场景如图5所示。测试定距性能时，模拟目标为RCS=1m2的金属板，从距离探测器10m处以1m/s的速度向探测器移动。测试抗干扰性能时干扰机放置在探测器正前方10m位置处，干扰机辐射功率30dBm，干扰波形采用正弦波调幅扫频等波形样式，扫频带宽覆盖探测器工作带宽。

图5 抗干扰性能测试场景

在目标以及扫频干扰作用下，探测器输出的2次谐波及4次谐波如图6所示，其中图6(a)为目标作用下探测器的输出，图6(b)为干扰作用下探测器的输出。从测试结果可以看出，在目标作用下探测器输出2次谐波及4次谐波包络形状一致，且4次谐波先出现峰值，2次谐波后出现峰值，4次谐波下降沿和2次谐波上升沿在时间上重合。而在干扰作用下，探测器输出2次谐波及4次谐波均呈类噪声信号，不再具备谐波时序信息，实测结果同仿真结果基本吻合。

图6 探测器输出的2、4次谐波输出

结论：本文分析了扫频式干扰作用下复合调制探测器的响应特性，并在瞬时相关谐波解调串联定距算法的基础上设计了瞬时相关双通道谐波时序检测抗干扰算法，该方法利用目标距离信息同调频谐波对应关系，综合多次谐波时序信息提高探测器抗扫频干扰性能，并形成如下结论：

（1）目标作用下复合调制中频信号经瞬时相关后，各次谐波同目标距离存在对应关系。

（2）扫频干扰作用下复合调制中频信号经瞬时相关后，输出谐波为类噪声信号，且各次谐波之间不再具备时序信息。

（3）采用瞬时相关谐波时序检测算法能够有效提高复合调制探测器抗干扰能力，仿真测试抗干扰成功率大于85%。