基于间歇采样的射频掩护波形干扰效能分析

李辰梓 马若飞 余建宇 石伯翔

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

随着数字射频存储(DRFM)干扰机的广泛应用，干扰信号的相参性越来越高，使得雷达抗干扰技术变得极为重要。目前雷达采取的抗干扰措施多种多样，例如典型的空域抗干扰措施为旁瓣对消和旁瓣匿影；频域采用的措施为频率分集和频率捷变技术；波形域的抗干扰手段有射频掩护、噪声调制信号、自适应波形变换等，其中射频掩护是指为了保护雷达真实脉冲信号而设计的具有欺骗性的射频脉冲波形，并且射频掩护信号与真实脉冲信号时间上具有不确定性，频率上相差从十几兆赫兹到上百兆赫兹。经过实验表明，雷达方采取射频掩护手段后能够普遍降低干扰机对雷达的干扰效果。由于雷达对抗的特殊性，对此方面公开发表的文章很少。本文从射频掩护信号波形入手，先分析掩护脉冲对转发式干扰机的影响方式，进一步提出基于间歇采样的雷达干扰手段对掩护脉冲雷达的干扰效能分析。文献[2]分析了射频掩护对转发式干扰机的影响，提出了相应的对抗方法但仅限于理论说明；文献[3]研究了不同类型的射频掩护脉冲对应答式干扰机的影响，得到合理设计掩护脉冲波形可以对抗应答式干扰机的结论；文献[4]分析了不同功率比和频率差情况下连续波掩护信号对IFM接收机测频的干扰效果。文献[5]对射频掩护雷达的两种基本波形进行了简要介绍，并理论分析了三种对抗射频掩护的干扰方法，但仅限于理论，未进行详细结构介绍以及仿真。本文将详细分析掩护脉冲信号对转发式DRFM干扰机的影响，并最终分析仿真基于间歇采样干扰样式对于射频掩护的干扰效果。

1 射频掩护

射频掩护这一方法是指利用虚假的辐射源发射诱偏信号或者雷达自身发射虚假信号进行的一种抗干扰手段来对抗干扰设备，目的是为了让干扰机无法检测到真实雷达信号从而无法对真实脉冲进行有效干扰。射频掩护这一抗干扰措施也是由于脉冲行波管的工程效应偶然被发现，行波管发射雷达信号时，自身受到视频脉冲控制来将射频脉冲送到射频输入接口，理论上视频脉冲与射频输入脉冲的时钟同步，但实际中存在差异，导致发射雷达信号前后沿会产生寄生调制频谱分量，且与真实雷达信号相差较远。因此射频掩护会对目前转发式DRFM干扰机起到误触发作用，诱骗干扰机会将主要发射干扰信号的能量全部或者大部分集中在掩护脉冲，从而无法对真实脉冲起到干扰作用。射频掩护基本形式有时域重叠型和时域间隔型两种，即在时域上射频掩护脉冲与真实脉冲可以在同一时刻发出，也可以两个完全不相关，先发射掩护脉冲后隔较短时间再发射真实脉冲信号，时域关系如图1、图2所示。

图1 时域重叠型掩护脉冲

如图1所示，对应雷达真实脉冲，对应雷达掩护脉冲，并且射频掩护脉冲与真实脉冲的幅度具有不确定关系，掩护脉冲能量有可能小于真实脉冲，也有可能与真实脉冲一致或大于真实脉冲信号，并且数量上掩护脉冲可以是多个，所以对于图2时域间隔型掩护脉冲，在真实脉冲后面还可以有第2个掩护脉冲来进一步增加雷达抗干扰性能。

图2 时域间隔型掩护脉冲

射频掩护的作用是为了让干扰机将截获雷达的信号对准掩护脉冲从而保护真实信号不被检测，所以雷达真实发射信号应当选低截获概率特征信号例如线性/非线性调频信号、编码信号等。而掩护信号恰恰相反，雷达方需要对方能够优先检测到该信号，即具有高截获特性，因此一般选择单脉冲点频信号作为掩护信号。

但是采用射频掩护对雷达方的性能及技术需要有一定的要求：例如若采用时域间隔型掩护脉冲，相当于展宽了发射信号的脉宽，会导致雷达的近距盲区增大。若想采用时域重叠型掩护脉冲，则需要雷达具备同时发射多波形能力，且会降低雷达的真实信号功率从而降低探测范围，雷达探测方程为

(1)

由雷达方程可知，如果掩护脉冲功率与真实脉冲相等，即变为05，则雷达探测距离变为0841，降低了159%，在可接受范围内。

所以综上所述，雷达方采取射频掩护手段时，一般需要保证掩护脉冲与真实脉冲在频域上充分错开，时域重叠掩护脉冲信号的功率不宜过大，不能影响雷达的正常探测距离，并且每个真实脉冲可根据实际情况配备一到多个掩护脉冲。

2 间歇采样转发干扰

间歇采样转发干扰是针对信号时宽较大的雷达的干扰样式，基本方法是干扰机在接收到目标雷达信号后，先对该信号采样一定时刻之后立马进行转发，紧接着再进行采样并进行转发，干扰机的收发是分时工作，一直到雷达信号的时宽结束，其工作原理图如图3所示。

图3 间歇采样转发干扰原理示意图

以线性调频雷达信号为例，假设雷达信号为

(2)

采样矩形脉冲信号的表达式为

(3)

所以干扰机在接收到雷达信号后，与矩形包络相乘，可得到采样信号()，从频谱进行分析可知矩形脉冲包络信号的频谱为

(4)

雷达信号的频谱为()，则间歇采样频谱可以表示为

(5)

从间歇采样信号频谱可以看出，该干扰样式所得信号频谱是原始雷达信号频谱的延拓搬移，由于本身是对目标雷达信号的直接转发，因此可以产生距离上对称分布的假目标，但是该方法的缺点是假目标的幅值会从中心向外衰减。

间歇采样转发干扰不仅可以如图3所示进行干扰信号产生，也可以根据需要如图4所示进行产生：

图4 间歇采样循环转发干扰原理示意图

对间歇采样得到的信号进行调制后进行多次转发，也可以进行间歇采样循环转发，即采样第段雷达信号后，将前面-1段雷达信号与本次采样得到的信号进行叠加转发，也可以产生良好的欺骗干扰效果。

3 间歇采样对射频掩护的干扰效能分析

本文中针对常见的两种射频掩护：时域重叠型和时域间隔型进行仿真分析。雷达真实脉冲均使用LFM信号，掩护脉冲信号采用点频信号，掩护脉冲能量与真实脉冲能量相等，对应的参数如表1所示。

表1 仿真使用射频掩护脉冲参数

对表1所列的两种射频掩护参数进行Matlab仿真分析，可得到对应的时域频域仿真图如图5、图6所示，其中时域间隔型掩护脉冲与真实脉冲间隔为1μs，为前后射频掩护。

图5 时域重叠型掩护脉冲时域频域图

图6 时域间隔型掩护脉冲时域频域图

3.1 间歇采样直接转发对射频掩护干扰仿真

间歇采样直接转发干扰参数设置为针对假定脉宽为40μs的雷达信号进行采1μs发1μs，针对时域重叠型和时域间隔型两种掩护脉冲类型进行干扰信号产生仿真结果如图7所示。

图7 时域重叠型掩护脉冲间歇采样干扰

如图7所示为针对时域重叠型掩护脉冲进行间歇采样转发干扰的仿真，从产生的干扰信号频域图7(a)可以看到干扰信号能够对掩护脉冲2个不同频点的信号均进行了转发，从时域图7(b)可以看出，产生的干扰信号之间间隔1μs时长为1μs，由于雷达信号从0时刻与掩护脉冲重叠发出时长为5μs，且真实脉冲和掩护脉冲幅度一致，所以进行收发1μs时前三次为两个信号叠加，后面9次为真实脉冲的转发，之后信号消失由于系统设定对40μs的时长进行收发1μs的间歇采样，所以雷达信号结束后还会对噪声信号进行8次转发，与预期一致。发射干扰信号时会对信号进行饱和输出，此处仿真是为了更好地区分不同时间段采发信号的不同，对干扰信号进行归一化脉压仿真可得图8所示结果。

图8 时域重叠型掩护脉冲间歇采样干扰脉压图

其中虚线波形为雷达真实信号脉压产生的结果，实线波形为干扰信号脉压产生的结果，可以看出间歇采样通过逐脉冲收发可以实现对时域重叠型掩护脉冲进行干扰，真实信号与掩护信号在时域重叠，只要两个信号频率在干扰机瞬时带宽内，则间歇采样直接转发干扰均能对两种脉冲进行同时转发，从而产生假目标欺骗干扰效果。

如图9所示为针对时域间隔型掩护脉冲进行间歇采样转发干扰的仿真，从产生的干扰信号频域图9(a)可以看出，干扰信号能够对掩护脉冲的3个不同频点的信号均进行转发，从时域图9(b)可以看出，产生的干扰信号之间间隔1μs，时长为1μs，由于雷达信号为前5μs掩护脉冲，第6μs开始出现脉宽为24μs频率1951MHz的真实信号，因此收发1μs直到30μs，31μs开始收发的为外界噪声，然后对频率为2100MHz的掩护脉冲2进行了两次收发后，因为设置采发时长为40μs，所以后面接着对外界噪声进行了2次收发故而幅度较低，从仿真可以看出在40μs内按照收发1μs进行了20次收发，与预期一致。后面对干扰信号进行归一化脉压仿真可得图10所示结果。

图9 时域间隔型掩护脉冲间歇采样干扰

图10 时域间隔型掩护脉冲间歇采样干扰脉压图

其中虚线波形为雷达真实信号脉压产生的结果，实线波形为干扰信号脉压产生的结果，可以看出间歇采样通过逐脉冲收发可以实现对时域间隔型掩护脉冲进行干扰从而产生假目标欺骗干扰效果。并且无论三个脉冲哪一个是真实雷达信号，干扰机均能够有效产生干扰信号，这是逐脉冲间歇采样干扰算法的优势。

3.2 间歇采样循环转发对射频掩护干扰仿真

从3.1章节可以看出间歇采样直接转发干扰可以对时域重叠和时域间隔两种掩护脉冲产生假目标欺骗效果，但是仅能产生较少的假目标。如果作战任务需要掩护己方目标时该样式无法满足需求，会使自身或者被掩护目标暴露，因此此时需要采用间歇采样循环转发干扰来产生压制干扰的效果。

按照参数收发长度40μs，采样时长1μs，发射时长1μs的参数来实现间歇采样循环转发干扰，实现方式按照第2章节图4所示方法进行产生。图11和图12分别为间歇采样循环转发干扰针对时域重叠型和时域间隔型掩护脉冲的干扰仿真脉压图，经过对雷达信号接收后的叠加转发，可以看出该样式可以产生多个目标。当间歇采样循环转发干扰的收发时间间隔越短时，形成的假目标越聚集导致雷达很难对目标在距离维度进行区分，从而可以产生压制干扰效果。

图11 时域重叠型间歇采样循环转发干扰脉压图

图12 时域间隔型间歇采样循环转发干扰脉压图

实际场景中可以根据需要对循环转发干扰的最后一次发射的脉冲片段进行连续多次发射，从而对雷达距离端进行压制，可以对干扰机后方需要保护的目标进行“遮蔽”，对雷达端产生压制干扰效果。一般采样时间可根据工程设计最小达到百纳秒级别，但这也与干扰机硬件特性相关。因此对于大脉宽雷达信号，采样时间可适当加大，对于小脉宽信号应缩短收发时间。理论上来说收发时间长一般可产生欺骗干扰效果，采样时间越短可产生的压制干扰效果，并且参数需要根据雷达脉宽信号的长短进行调整才能产生更好的干扰效果。

4 结束语

本文通过对目前雷达常采用的掩护脉冲波形设计及对雷达干扰机带来的影响进行了分析，研究后得出基于逐脉冲检测的间歇采样转发式干扰可在脉内快速收发切换产生干扰，理论上仍能够对掩护脉冲雷达进行干扰。最终通过对间歇采样直接转发和循环转发两种模式针对时域重叠和时域间隔两种类型的掩护脉冲进行干扰仿真，得出了间歇采样算法通过合理设置收发次数、采样时间、发射时间以及根据作战任务选用直接转发或者循环转发的方式，可以有效地针对掩护脉冲产生欺骗或压制干扰效果，这对于干扰机在今后的作战使用中应对采用射频掩护抗干扰手段的雷达有较大的指导意义。