一种LFM雷达间歇非均匀采样噪声调制转发干扰方法

张家运，李文海，孙伟超，王洪春

(海军航空大学，山东 烟台 264001)

0 引 言

线性调频信号(LFM)作为目前脉冲压缩雷达采用的一种典型的信号波形，具备脉冲窄、带宽大的特点，结合脉冲压缩技术，可以解决探测距离与分辨率的矛盾，有效提高现代雷达目标探测能力[1]。针对LFM雷达的干扰问题，直接采取噪声压制干扰难以获得相干增益，干扰效果有限，如何有效干扰脉冲压缩体制雷达，成为目前雷达干扰领域的重要课题。间歇采样转发干扰作为目前一种新型的干扰样式，干扰方通过间歇收发的方式，对目标雷达信号切片采样存储并进行转发，形成的干扰信号不仅能够获得目标雷达的相干处理增益，还可以有效解决收发隔离的问题[2]，是目前干扰领域的一个重要研究方向。

目前针对间歇采样转发干扰已经展开了许多研究，文献[3]～[6]分析了间歇采样转发干扰参数对干扰效果的影响。文献[7]从恒虚警的角度，围绕间歇采样非重复转发干扰参数进行定量分析，给出多假目标干扰的参数计算方法。文献[8]～[12]通过采用对采样信号进行多普勒频移调制的方法，改变假目标的分布，提高了干扰的作用效果，但这种方式需要对移频量控制具有较高要求。文献[13]采用非均匀采样,降低了多假目标分布均匀与次假目标衰减快的特征，提升了间歇采样转发干扰的干扰效能。文献[14]从智能优化的角度对间歇采样转发干扰进行优化，提升了间歇采样转发干扰的干扰效能，但这种方法有较高的时间复杂度，实时性很难得到保证。

本文在间歇采样转发干扰的原理基础上，提出一种基于噪声信号调制的间歇非均匀采样转发的干扰方法。其关键之处在于利用非均匀采样的特性与噪声信号在频谱上的连续性，能够有效降低直接转发干扰叠加后的假目标群分布规律性，形成幅值均匀分布的假目标群，实现对LFM雷达距离-速度二维压制性干扰，提高干扰的作用效能。

1 间歇采样转发基本原理

间歇采样转发干扰是基于数字射频存储(DRFM)技术的一种干扰样式，通过在截获的雷达脉冲持续时间内，对LFM脉冲信号进行多段均匀采样存储后转发形成的干扰[15]，干扰原理图如图1所示。

图1 间歇采样转发干扰示意图

(1)

式中：τ为采样脉冲宽度；Ts为间歇采样脉冲重复周期。

因此，干扰机截获雷达脉冲信号后，对其进行间歇采样，得到的干扰信号可以表示为[9]：

j(t)=s(t)p(t)=

(2)

式中：p(t)为采样脉冲信号；j(t)为转发干扰信号；fs=1/Ts。

干扰信号经匹配滤波后的输出为：

(3)

由式(3)可以看出，当干扰信号进入目标接收机后，生成的假目标分量由两部分组成，式中第1项为主假目标，第2项为次假目标群，次假目标群可以视为将真实目标回波信号频谱搬移到p(t)的各次谐波处并加权。干扰方可以通过增大发射功率，提高假目标干扰的幅度，使雷达无法从假目标群中判断出真正的回波信号，实现密集假目标干扰的效果。

间歇采样转发干扰不需要目标信号的脉内信息，能够在真实目标周围形成多个假目标，但产生的假目标群在幅值-时间分布上呈对称形式，幅值由中心向两侧递减，具有很强的规律性，容易被敌方雷达识别，降低干扰的效果[16]。

2 间歇非均匀采样噪声调制转发干扰

间歇非均匀采样转发干扰是在间歇采样转发干扰的基础上，改变间歇采样宽度，使采样时间长度由随机序列确定，并结合离线噪声信号乘积调制，降低干扰信号经过匹配滤波后假目标幅值变化的规律性。假设噪声信号为n(t)，噪声单边带宽为Bn，根据随机过程理论，噪声信号可以看成在噪声带宽内的无数单一频率信号合成，则噪声干扰信号建模为[8]：

排练厅顿时安静了下来。王爷将厅内其他的灯都熄灭，只留低台上端的那盏灯亮着，一个人坐在那里。黑夜幽深，那灯光打在他身上，就像舞台上一束追灯，将他整个人塑成了一尊雕塑。那雕塑，他有一张苍老而固执的脸，时光的痕迹在其上游弋起伏，有柔软有凌厉。那雕塑，他与手中的木偶持久地对视着，彼此的目光里充满了深情，却无不让人感受到一种历经百世的安详和宁静。

(4)

根据间歇非均匀采样转发干扰的特点，无法直接对采样脉冲序列进行级数展开。为方便讨论干扰信号匹配滤波后的信号模型，首先分析单次非均匀采样直接转发干扰脉压结果[15]。假设第k次采样脉宽为τk，对应脉宽内的噪声调制单边带宽为Bk，则可得：

(5)

(6)

式中：nk(t)表示第k次采样脉宽内的噪声信号表达式；Tk为采样脉冲时刻；Jk(t)为第k次采样脉冲对应的干扰信号片段，Jk(t)的脉压结果推导为：

yJk(t)=h(t)*Jk(t)=

(7)

yJk(t)=h(t)*

(8)

当T>>τk时，可近似求解式(8)得：

(9)

式(9)为单次非均匀采样噪声调制干扰的脉压结果，在雷达脉冲信号持续时间内，设采样次数为N，则干扰信号的总脉压结果为：

(10)

yJ(t)=

(11)

基于式(11)推导结果，假目标在距离上峰值为τk，对应峰值时刻为：

ti=fi/μ

(12)

经上述分析，非均匀采样信号经过噪声乘积调制形成的干扰转发信号在经过脉冲压缩处理后，产生的干扰效果由采样脉宽与噪声调制信号共同决定。一方面，在距离维度上可以产生大量假目标分量，假目标区域大小受到噪声带宽与目标信号的调频斜率的共同影响，与噪声带宽成正比，与调频斜率成反比；另一方面，干扰信号匹配滤波后输出的信号移频项中存在噪声信号调制带来的偏移，可以干扰雷达对目标多普勒信息的提取，从而在距离-速度维度上实现干扰。

通过上述的干扰建模分析可知，相比较于间歇采样转发干扰具有较强的规律性，间歇非均匀采样噪声调制转发干扰可以利用非均匀采样的特性，形成非规律分布的假目标群，并结合噪声信号的随机性，在距离和速度上产生压制性干扰效果，提高干扰的作用效果。

3 仿真验证

3.1 干扰效能验证

本节基于LFM雷达信号处理流程，对干扰前后的信号处理结果以及不同方法之间的干扰效果对比展开仿真实验，验证本文方法的有效性。

设置仿真参数：探测雷达信号中心频率f=1 GHz，信号带宽B=10 MHz，信号脉冲宽度τ=20 μs，脉冲重复频率fp=2 kHz，非相干脉冲积累个数N=32，仿真采样频率为100 MHz，干信比大小设置为20 dB，目标干扰机径向距离50 km，径向速度60 m/s，图2是无干扰条件下探测雷达探测目标的仿真结果。

图2 无干扰条件下雷达探测的仿真结果

由图2可以看出，目标回波信号经过匹配滤波处理之后，在目标真实位置形成峰值，对多个回波脉冲信号进行动目标检测(MTD)处理后，进一步得到目标距离与速度信息。

当干扰机采用间歇采样直接转发干扰时，设置切片时宽τ=2 μs，不考虑转发时延，仿真结果如图3所示。由图3可知，干扰机实施干扰后，干扰信号脉压后在真实目标周围形成了一群对称分布的假目标，假目标信号幅值由中心向两侧递减，经过MTD处理后，假目标特性更加明显，易被雷达所识别。

图3 间歇采样直接转发干扰仿真结果

当干扰机采用本文方法，设置干扰噪声带宽B=5 MHz，干扰仿真结果如图4所示。回波信号经过匹配滤波处理后，目标被脉压后的密集假目标压制，形成压制性干扰区间，目标的真实位置信息隐藏在密集虚假目标中，增大了雷达判断目标径向距离的难度。经过MTD处理后，由于受到噪声调制的影响，回波信号的相位信息被破坏，在距离-多普勒维度上形成“干扰条带”。

图4 本文干扰方法仿真结果

对比图3与图4仿真结果，相比间歇采样直接转发干扰而言，间歇非均匀采样噪声乘积调制干扰方法产生的假目标峰值低于直接转发干扰，这是由于采样信号经过噪声调制后，干扰信号的失配代价增大，从而在距离上形成更广的压制性区间。

综上分析，间歇非均匀采样噪声乘积调制干扰通过利用噪声信号在频谱上的连续性，使得干扰信号在经过匹配滤波后产生压制性干扰区间，解决了间歇采样直接转发干扰脉压后产生的假目标分布在距离维度上存在的明显规律性的问题，验证了本文干扰方法的有效性。

3.2 不同噪声带宽对干扰效果影响

为了进一步分析不同噪声带宽下对干扰效果的影响，保持3.1节参数不变，分别设置噪声调制带宽Bn为2 MHz和6 MHz，对不同噪声带宽条件下的距离压制区间进行了对比仿真。

通过对比图5、图6可知，当干扰机改变噪声调制带宽，干扰脉压后产生距离压制区间随之发生改变。根据式(13)推导，在噪声调制带宽为2 MHz和6 MHz时，对应距离维假目标干扰压制区间分别为1.2 km和3.6 km，对比仿真结果，干扰仿真压制区间与理论值基本相符，验证了距离压制区间与噪声调制带宽的关系。因此，可以通过设置噪声带宽Bn实现间歇非均匀采样噪声转发干扰的压制性区间的改变，使该方法具有一定的灵活性。

图5 Bn=2 MHz干扰仿真结果

图6 Bn=6 MHz干扰仿真结果

4 结束语

本文通过对间歇采样转发干扰进行研究分析，提出了基于噪声乘积调制间歇非均匀采样转发干扰的方法。通过非均匀采样与离线噪声调制的方式，使得干扰信号脉压后形成较大压制性范围，在距离-速度二维处理结果中形成“干扰条带”，增大了探测雷达的目标检测的难度，对提高干扰机的干扰效能具有一定的理论参考价值。