对相位编码雷达假目标干扰方法研究

赵艳秋

(中国船舶集团有限公司第七二三研究所,江苏 扬州 225101)

0 引 言

脉冲压缩雷达采用发射大时宽脉冲来增大发射信号的能量,保证雷达的探测距离,同时在接收机内将回波脉冲信号压缩成窄脉冲,提高雷达的距离分辨力,较好地解决了探测距离和距离分辨力之间的矛盾。相位编码雷达信号是一种典型的脉冲压缩雷达信号,该信号在接收时采用时域相关处理压缩脉冲,获得较高的相干处理增益,具有低截获和抗干扰能力强等优点。针对相位编码雷达的干扰方法研究也成为了雷达对抗领域的研究热点之一[1]。

对相位编码脉冲压缩雷达的干扰方法一般包含噪声干扰、移频干扰、假目标干扰等。噪声干扰由于无法获得相位编码雷达信号的相干处理增益,需要较大的干扰功率,干扰效果较差[2]。线性调频信号在距离和多普勒频移之间存在强耦合,在干扰信号上叠加多普勒移频率,可实现对雷达的欺骗。但移频干扰对相位编码雷达干扰效果较差:干扰信号叠加移频后,脉压后的干扰信号幅度会随着频偏的增加而快速下降,严重影响干扰效果;脉压后的干扰信号位置不会发生变化,无法实现距离欺骗的效果[3]。

假目标干扰通过部分或全部复制相位编码信号作为干扰信号,干扰信号满足与雷达信号的匹配性,因而具有较好的干扰效果[2]。本文主要针对相位编码雷达,介绍了前沿复制、间歇采样、码元截取3种假目标干扰方法,并对其干扰效果进行了仿真分析。

1 相位编码信号特征分析

相位编码雷达信号通常用二相码对高频宽脉冲进行相位调制,编码规律为巴克码、伪随机码和M序列,本文以13位巴克码为例,分析说明对相位编码雷达假目标干扰的方法。

相位编码雷达发射的雷达信号表达式如下:

s(t)=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

(2)

式中:a(t)为幅度调制函数;φ(t)为相位调制函数;f0为载波频率;T为脉冲宽度;N为码元数,对于13位巴克码,N为13;τ为1个码元的宽度;φ(t)为相位调制函数,对于二相码,φ(t)取值为0和π。

一般将相位为“0”的子脉冲表示为“+1”或“+”,将相位为“π”的子脉冲表示为“-1”或“-”。13位巴克码编码规律Ck={+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+1},信号特征如图1所示。

图1 相位编码信号的时域波形图(13位巴克码)

根据匹配滤波器理论,对信号s(t)的匹配滤波器的脉冲响应h(t)=s(t0-t),匹配滤波器结构由抽头延迟线、均衡器、倒相器和加法器组成,每段延迟线的延迟时间为τ[3]。13位巴克码的匹配滤波器结构如图2所示,脉压后波形如图3所示。

图2 匹配滤波器原理方框图(13位巴克码)

图3 脉压后波形图(13位巴克码)

2 前沿复制干扰仿真分析

前沿复制干扰是最常用的一种干扰方式,干扰机对截获的大时宽雷达信号前沿采样并进行复制,复制完成后循环转发,对雷达脉冲逐个实施干扰。前沿复制干扰时序示意图如图4所示。

图4 前沿复制干扰时序图

前沿复制干扰能够获得雷达的部分处理增益,其获得的处理增益一般与雷达前沿宽度相关。仿真参数如下:雷达信号码长N=13,码元宽度τ=1 μs,干信比为0 dB,对前沿复制宽度t=τ,3τ,5τ,6τ分别进行干扰效果仿真,仿真结果如图5所示。

图5 前沿复制干扰效果图

图5中,前沿复制干扰能够产生多个假目标,假目标的数量及幅度与前沿复制宽度有关。当前沿复制宽度为1个码元宽度时,产生的假目标数量以及幅度较大的假目标最多,同时假目标分布在目标回波距离前后,干扰效果最佳。当干信比达到16.3 dB时,能够对雷达起到很好的压制效果。仿真参数如下:雷达信号码长N=13,码元宽度τ=1 μs,干信比为16.3 dB,进行干扰效果仿真,仿真结果如图6所示。

图6 前沿复制干扰效果图(干信比为16.3 dB)

3 间歇采样干扰仿真分析

间歇采样干扰通过使用数字储频对雷达信号进行低速采样和复制转发,对雷达脉冲逐个实施干扰。间歇采样干扰时序如图7所示。

图7 间歇采样干扰时序图

间歇采样干扰能够获得雷达的部分处理增益,产生多个假目标,假目标数量与间歇采样占空比相关,占空比越低时假目标数量越多,假目标幅度基本相当。仿真参数如下:雷达信号码长N=13,码元宽度τ=1 μs,干信比0 dB,间歇采样宽度t=τ,对间歇采样占空比50%、33%、25%、20%分别进行干扰效果仿真,仿真结果如图8所示。

图8 间歇采样干扰效果图

图8中,间歇采样能够产生多个假目标,当采样占空比越低时,产生的假目标压制效果越佳;当占空比进一步降低后,其干扰效果类似于前沿复制干扰。

4 码元截取干扰仿真分析

相位编码雷达工作时,在相参积累期间,载频、脉冲重复周期均不变,脉间调制样式变化[5]。利用相位编码雷达的这些特性设计一种码元重组干扰方法,通过使用数字储频进行全脉冲存储后,利用特定的准则对码元截取形成干扰信号。

通过对相位编码雷达匹配滤波器结构分析后可知,若截去雷达脉冲前沿信号,取剩余部分雷达信号作为干扰信号,可产生提前目标回波的假目标,对相位编码雷达实现距离欺骗干扰。码元截取干扰时序如图9所示。

图9 码元重组干扰时序图

图9中,截去前沿(第1个码元)产生干扰信号,干扰信号经过相位编码匹配滤波器后,假目标将会出现在目标回波前一个距离门内,假目标幅度为目标回波幅度的(N-1)/N。同理,若截去前沿(n个码元)产生干扰信号,干扰信号形成的假目标将会出现在目标回波前n个距离门内,假目标幅度为目标回波幅度的(N-n)/N。仿真参数如下:雷达信号码长N=13,码元宽度τ=1 μs,干信比为0 dB,对n=1,2,3,4,5分别进行干扰效果仿真,仿真结果如图10所示。

图10 码元截取干扰效果图

根据仿真结果,码元截取干扰能够形成提前于目标回波的假目标,辅以无源或有源诱饵等干扰手段,将会对相位编码雷达起到较好的干扰效果。

5 结束语

本文根据相位编码雷达的工作原理及特点,对前沿复制、间歇采样及码元截取等3种干扰方法进行了假目标干扰效果仿真分析。仿真结果表明,前沿复制干扰和间歇采样干扰能够产生多个假目标,对相位编码雷达起到较好的压制效果,但假目标难以提前于目标回波;码元截取干扰能够产生提前于目标回波的假目标,与无源或有源诱饵组合,对相位编码雷达起到较好的干扰效果。