基于脉冲信号叠加的雷达复合波形低截获性能分析

王昊飞

（中国电子科技集团公司航空电子信息系统技术重点实验室，四川成都 610036）

0 引言

在雷达与电子侦察系统的对抗中，射频脉冲信号由雷达的发射机传播到目标，再从目标反射至雷达接收机，其接收到的能量反比于距离的4 次方，即雷达面临的是的路径损耗。而射频脉冲信号从雷达的发射机传播至电子侦察系统，其接收到的能量反比于距离的2 次方，即电子侦察系统面临的是的路径损耗。因此雷达应该通过信号设计来扬长避短，利用电子侦察系统不能确定地获得雷达发射信号的波形参数以及脉内调制特征的优势来提升雷达的低截获性能。低截获雷达通常采用大时宽带宽积波形，对大时宽带宽积波形进行脉冲压缩处理可以在雷达接收端获得较大的信号处理增益，从而可以在保证雷达探测性能的条件下降低雷达辐射功率，使电子侦察系统的截获效率大大降低。但是随着电子侦察系统灵敏度不断地提高，一味地追求降低雷达辐射功率使雷达信号不被电子侦察系统检测越来越难以实现，反而会影响到雷达自身的探测性能。文献［6—9］研究了基于掩护信号的抗转发式干扰技术，通过在雷达工作脉冲的前方或后方发射掩护脉冲，使得干扰机对侦收到的脉冲频率测量错误，从而导致干扰失效。

本文从降低电子侦察系统对检测到的信号的参数测量与分选识别性能的角度出发，分析了由2 个脉冲信号叠加形成的雷达复合波形对电子侦察系统性能的影响，为复合波形在低截获雷达中的工程应用提供参考。

1 电子侦察系统脉冲检测主要流程分析

电子侦察系统接收机通常采用数字信道化处理，将进入接收机的辐射源脉冲流在频域进行划分，对每个子信道中的信号取包络后采用连续过门限检测的方法来判断信号存在与否，当信号幅度连续点都超过检测门限时则认为信号存在。电子侦察系统脉冲检测的主要流程如图1 所示。

图1 电子侦察系统脉冲检测主要流程

其中，连续过门限检测算法的具体实现过程为：

Step1：统计接收机噪声幅度，根据检测概率与虚警概率指标要求设置相应的检测门限，对接收机输出幅度进行过门限检测；

Step2：对超过检测门限的信号采样点进行计数，设计数值为cnt1，对低于检测门限的信号采样点也进行计数，设计数值为cnt2；

Step3：若连续个采样点超过检测门限，即cnt1 ≥，则认为检测到信号，并标记出信号的起始位置；

Step4：若连续个采样点低于检测门限，即cnt2 ≥，则认为没有检测到信号或者信号已结束，并标记出信号的结束位置；

Step5：重新回到Step1 继续对接收机输出幅度进行过门限检测。

根据以上步骤对侦收到的脉冲信号进行检测，在检测到脉冲信号存在之后，进一步可以测量得到信号的脉冲幅度（PA），通过提取脉冲的前沿和后沿可以获得脉冲到达时间（TOA）以及脉冲宽度（PW），对脉冲宽度内的采样点利用相位差分算法测量载频（RF）。参数测量结果用于后续分选识别处理，进而聚类形成特定的辐射源脉冲流。

2 雷达复合波形对电子侦察系统性能影响分析

当2 个脉冲信号在时域发生重叠时，电子侦察系统无法在时域区分这2个信号，有可能将这2 个脉冲直接进行合并，2 个脉冲信号时域重叠示意图如图2 所示。此时电子侦察系统测量得到的PW 为叠加形成的脉冲宽度，并且脉冲重复间隔（PRI）在各个脉冲之间随机抖动，下面分析2 个脉冲信号在时域叠加对电子侦察系统检测与参数测量性能的影响机理。

图2 2 个脉冲信号时域重叠示意图

2 个脉冲信号的信号模型可以表示为：

式中，= 1，2；（）是脉冲信号的复包络，对于雷达中常用的几种波形，（）分别可以表示为：

由式（3）可以看出，2 个脉冲信号在时域重叠时，重叠区域的信号幅度以三角函数形式起伏，而幅度的起伏有可能会破坏电子侦察系统在检测时所要求的连续多点幅度均超过检测门限这一条件的成立，从而影响其对脉冲确认存在的判断。2 个脉冲在不同载频差异时叠加形成的信号幅度如图3 所示，图中红色虚线表示电子侦察系统确认脉冲有无时所采用的检测门限。

图3 2 个脉冲信号不同频差下叠加脉冲幅度

由图3 可以看出，叠加区域信号幅度的起伏将会使得电子侦察系统检测到的脉冲被分裂为多个窄脉冲，但是需要注意的是2 个脉冲载频差异越大，则叠加区域信号幅度起伏的周期越短，从而使连续低于检测门限的采样点数减小，不满足图1所示信号结束的条件，电子侦察系统仍然能够正确地检测此类幅度起伏的脉冲。

由式（3）可以看出2 个脉冲重叠区域的幅度起伏频率为-，以表示2 个脉冲时域重叠区域的宽度，则当t＞T时电子侦察系统对重叠区域检测到的脉冲个数为(-)，这些脉冲测量得到的频率值为(+)/2。

综上分析，为了保证雷达能够正常工作的同时降低电子侦察系统的性能，雷达产生的2 个信号应当满足以下关系：

1）2 个信号在时域上重叠，重叠区域的时间长度应当不小于典型电子侦察系统确认信号存在或消失的时间窗长度，使得重叠区域在检测时发生分裂进而影响电子侦察系统参数测量的准确性；

2）2 个信号在各个脉冲之间时域重叠的位置和长度各不相同，降低电子侦察系统的分选成功率；

3）2 个信号满足正交性，使得雷达接收机能够从回波中分别提取2 路信号各自的回波信号进行处理。

3 仿真分析

下面通过仿真分析2 个脉冲信号在时域发生重叠时对电子侦察系统性能的影响。首先针对2 个信号的脉冲重复频率固定的情况开展研究，信号参数如表1所示。

表1 信号参数

由表1 所示参数产生的2 个信号的时域波形如图4 所示，信号的信噪比为13 dB，红色虚线框内为2 个信号的叠加区域。

图4 2 个脉冲信号及其叠加信号时域波形

由图4 可以看出，2 个脉冲信号在叠加区域的幅度起伏剧烈，幅度的峰值可以达到2 个脉冲信号各自幅度相加的大小，而幅度的谷值会淹没在噪声里面。采用图1 给出的电子侦察系统连续过门限检测算法对叠加信号进行处理，并对检测得到的脉冲进行参数测量，可以得到各个脉冲的脉冲描述字（PDW）结果如 图5 所 示，包 括TOA、PW、PA、RF 和 到 达 角（AOA）。

由图5 脉冲参数测量结果可以看出，叠加区域信号幅度的起伏会使得原本存在脉冲的区域幅度持续低于检测门限，从而发生脉冲分裂的现象，每一个叠加脉冲分裂为5 个脉冲，由此得到250 个脉冲描述字。采用文献［12］中基于PRI 的分选聚类算法对这些脉冲进行处理，得到的分选结果如表2 所示。

图5 各个脉冲参数测量结果

由表2 可以看出，2 个脉冲信号时域的叠加会使电子侦察系统在分选后出现增批的问题。但是需要注意的是，由于2 个脉冲信号的PRI 都是固定的，因此在各个脉冲之间这2 个脉冲波形时域重叠的位置和长度都是相同的，这样就使得电子侦察系统分选出来的脉冲流中仍然包含正确的2 组信号（表2 中序号1 和序号5），只是这2 组信号的脉冲宽度不正确。

表2 电子侦察系统分选结果

下面仿真分析2 个脉冲信号之中一个信号的PRI存在抖动的情况，此时这2 个脉冲信号在各个脉冲之间重叠的位置和长度各不相同，仿真时采用的信号参数与表1 基本相同，只有信号1 的PRI 采用抖动方式使得信号1 的脉冲随机性地超前于或者滞后于信号2 的脉冲并且二者存在交叠，这2 个脉冲信号的时域波形如图6 所示。

图6 随机重叠的两个脉冲信号时域波形

采用相同的方法对叠加信号进行处理可以得到各个脉冲的PDW，如图7 所示。

由图7 可以看出，电子侦察系统对叠加形成的信号测量得到的脉冲宽度和到达角在各个脉冲之间会随机变化。但是对于电子侦察系统来说，辐射源的到达角通常比较稳定，是用于分选聚类最重要的特征之一，此外，电子侦察系统通常只有检测到多个脉冲宽度相同的脉冲时才能确定一组脉冲流存在，因此分选处理图7 所示的脉冲后无法获得有效的脉冲流。

图7 各个脉冲参数测量结果

4 结束语

电子侦察系统通常采用连续过门限检测算法来判断雷达信号的有无，在检测到脉冲信号存在之后，通过提取雷达信号的脉冲描述字信息来实现对信号的分选与聚类处理。本文首先建立了2 个脉冲信号时域叠加形成的信号模型，分析其对电子侦察系统各个环节性能的影响机理：一方面叠加信号幅度的起伏会破坏电子侦察系统检测时多个采样点连续超过门限的条件，使被检测到的脉冲发生分裂；另一方面这2 个脉冲信号在各个脉冲之间重叠的位置和长度各不相同，可以使电子侦察系统在利用测量得到的脉冲宽度、到达角以及脉冲重复周期进行聚类时发生错误，无法形成正确的辐射源脉冲流。仿真结果表明，基于2 个脉冲信号叠加形成的复合波形对电子侦察系统的检测与分选识别性能都会产生显著影响，在提升雷达的低截获性能方面具有很大的应用潜力。需要指出的是，在实际的工程应用中，2 个脉冲信号既可以由单个相控阵雷达通过划分子阵的方式来产生，也可以由2 个雷达辐射源分别产生，但这2 个雷达辐射源需要保证时间同步。■