采用卷積調(diào)制與間歇采樣的多假目標(biāo)干擾方法

朱 紅，張德平，王 超，袁乃昌

（國防科技大學(xué) 四院微波中心，湖南 長沙 410073）

為提高雷達(dá)探測距離和距離分辨率，現(xiàn)代雷達(dá)普遍采用線性調(diào)頻信號。這是因為線性調(diào)頻信號通過脈內(nèi)或脈間的相干性，使得其經(jīng)過匹配濾波后能夠獲得很高的相干處理增益，可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾。文獻(xiàn)[1]針對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)提出了一種新的相干干擾技術(shù)：卷積調(diào)制干擾。其原理是將接收到的雷達(dá)信號與某視頻信號進行卷積后轉(zhuǎn)發(fā)。該方法能靈活產(chǎn)生假目標(biāo)欺騙干擾和噪聲遮蓋干擾。文獻(xiàn)[2]闡述了幅度調(diào)制的一種特殊情況：間歇采樣的數(shù)學(xué)原理，對干擾效果進行了仿真，為天線收發(fā)分時體制在相干干擾上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。本文將兩種方法加以融合，形成一種可采用數(shù)字射頻存儲（DRFM）實現(xiàn)的多假目標(biāo)干擾方法。該方法可以應(yīng)用于天線收發(fā)分時體制干擾設(shè)備。

1 卷積調(diào)制干擾原理

為方便討論，對文獻(xiàn)[1]中的卷積調(diào)制基本原理進行簡要介紹。設(shè)干擾設(shè)備接收到的敵方雷達(dá)信號為x（t），用一視頻信號f（t）與接收到的信號卷積后轉(zhuǎn)發(fā)，即得到干擾信號為

為產(chǎn)生多假目標(biāo)欺騙干擾，視頻信號f（t）可以選為N個幅度不同、時延不同的沖擊脈沖組成的脈沖串，即

因此，卷積結(jié)果相實際上當(dāng)于將干擾設(shè)備接收的線性調(diào)頻信號經(jīng)過不同時延的延時線后加權(quán)疊加。如圖1所示。工程實現(xiàn)上，采用DRFM可以很容易實卷積調(diào)制。

圖1 加權(quán)延時疊加Fig.1 Weighted delay Stack

2 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾

根據(jù)文獻(xiàn)[2]介紹間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾的基本原理，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以看成是一種幅度調(diào)制干擾方法。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾在干擾設(shè)備上的基本工作過程如圖2所示。

圖2 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾Fig.2 Interrupted-sampling and directly repeater jamming

從圖2可知，其工作過程為用一矩形脈沖串對大時寬雷達(dá)信號（一般情況下T>Ts）進行采樣，同時在前后兩個采樣間隙對采樣的信號進行轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)延時量一般大于矩形脈沖寬度。工程實現(xiàn)上可采用數(shù)字射頻存儲技術(shù)（DRFM）來實現(xiàn)。

現(xiàn)設(shè)采樣脈沖串為：

對應(yīng)的頻譜為：

式中fs=1/Ts。進入干擾設(shè)備接收機的雷達(dá)信號為x（t），以p（t）對其進行間歇采樣，則得到的采樣信號為

其頻譜為：

由（5）式，得：

因此，干擾信號頻譜是原雷達(dá)信號的周期加權(quán)延拓，加權(quán)系數(shù)為 an=τfssinc（πnfsτ）。 當(dāng) n=0 時，即為原信號頻譜。 因此該分量經(jīng)匹配濾波后會在雷達(dá)脈沖結(jié)束時刻形成與真實目標(biāo)波形完全相同的主假目標(biāo)，其幅度為τfs<1，稱為采樣占空比。而其他分量X（f±nfs）發(fā)生了±nfs的頻移，可以看成是附加了±nfs的頻移干擾信號。若雷達(dá)信號為線性調(diào)頻信號，利用線性調(diào)頻信號頻移和時延之間的強耦合性，經(jīng)過脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后，在時域上就會形成多個徑向分布的不同幅度的假目標(biāo)，且以主假目標(biāo)為中心對稱分布[2-4]。但是隨n逐漸增大，頻移分量X（f±nfs）經(jīng)過匹配濾波后的失配越嚴(yán)重，輸出脈沖寬度逐漸展寬，且其幅度也不斷降低。因此，間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾一般最多只能產(chǎn)生3～5個有效的假目標(biāo)干擾。

圖3 間歇采樣經(jīng)脈壓的輸出波形Fig.3 Output of interrupted-sampling after pulse compression

如圖 3 所示，雷達(dá)信號帶寬為 100 M，脈寬為 48 μs，τ=3 μs，Ts=6 μs。一種特殊的情況是，fs=1/Ts大于信號帶寬，則所有頻移分量X （f±nfs）（n≠0） 均位于雷達(dá)匹配濾波帶寬之外，此時，干擾信號表現(xiàn)為一個主假目標(biāo)干擾。這是該干擾樣式的局限性[2，5]。

3 卷積調(diào)制與間歇采樣聯(lián)合干擾分析

文中提出的聯(lián)合干擾方式可以根據(jù)需要產(chǎn)生所需的假目標(biāo)數(shù)目。其工作過程如圖4所示。其思想是利用卷積調(diào)制干擾能產(chǎn)生數(shù)目不受限制的假目標(biāo)的性質(zhì)，同時利用間歇采樣在特定干擾平臺（機載、彈載）的工程可實現(xiàn)性。

圖4 聯(lián)合干擾示意圖Fig.4 Schematic of combination jamming

根據(jù)式（1）和式（5），可得聯(lián)合干擾信號為：

由式（2）得：

其頻譜為：

其中 Ji（f）=aiej2πftiXs（f）。 假設(shè)干擾信號 Xs（f）經(jīng)匹配濾波后的時域脈壓信號為ys（t），的首個主假目標(biāo)出現(xiàn)在T時刻，即ys（t）的主峰值出現(xiàn)雷達(dá)脈沖結(jié)束時刻。根據(jù)傅里葉變換性質(zhì)，Ji（f）經(jīng)過匹配濾波后所形成的主假目標(biāo)在時間軸上比首個主假目標(biāo)滯后ti。因此J（f）經(jīng)匹配濾波后總體效果可以表示為

根據(jù)上節(jié)的討論，該式表示形成的主假目標(biāo)個數(shù)為N，同時每個主假目標(biāo)周圍分布著幅度較小的次假目標(biāo)。

工程實現(xiàn)上，根據(jù)均勻間歇采樣特性，合理選擇延遲時間，如圖 4 所示，t1=τ，ti=τ+（i*m-1）Ts，動態(tài)改變采樣脈沖寬度τ和采樣脈沖周期Ts，可以實現(xiàn)假目標(biāo)的動態(tài)分布。

合理選擇N值，可以實現(xiàn)在整個雷達(dá)脈沖重復(fù)周期內(nèi)均有假目標(biāo)出現(xiàn)，實現(xiàn)假目標(biāo)的大范圍空間分布。例如，脈沖重頻為1 ms，Ts=2 μs，則在1 ms內(nèi)最多可出現(xiàn)500個主假目標(biāo)。當(dāng)然實現(xiàn)這個目標(biāo)還需考慮工程實現(xiàn)的可能性。同時，當(dāng)ti>T，即雷達(dá)脈沖結(jié)束時，可令 tj=τ+（j*m-1）Ts+Δτ，改變 Δτ，m，可實現(xiàn)主假目標(biāo)的非均勻分布。

4 對線性調(diào)頻信號的干擾仿真

根據(jù)圖 4 及式（12），設(shè) N=3，τ=1 μs，Ts=2 μs，雷達(dá)脈沖寬度48 μs，帶寬為100 M，加權(quán)系數(shù)全為1。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 聯(lián)合干擾脈壓輸出Fig.5 Output of combination jamming after pulse compression

從圖5中可以看到，第一個主假目標(biāo)出現(xiàn)在48 μs時刻，即脈沖結(jié)束時刻，其余兩個主假目標(biāo)分別出現(xiàn)在50 μs和52 μs時刻。主假目標(biāo)間距為間歇采樣周期。仿真結(jié)果與上節(jié)分析一致。

5 在DRFM上的實現(xiàn)

DRFM可以截獲、存儲、處理并復(fù)制雷達(dá)信號，干擾方式靈活可變，且產(chǎn)生的干擾信號與雷達(dá)信號是相干的[4]。為驗證上文所述干擾方法，可依托現(xiàn)有的DRFM平臺。該平臺主要由 FPGA、DAC與 ADC組成，DAC與 ADC工作時鐘為2.4 GHz，系統(tǒng)瞬時工作帶寬為1 GHz。測試?yán)走_(dá)信號為線性調(diào)頻信號，由 DDS產(chǎn)生，帶寬為 7 MHz，中心頻率 300 MHz，脈寬為50 μs。 信號采集設(shè)備為力科 （LeCroy）8400A型示波器，最高采樣速率達(dá)20GS/s。信號處理采用Matlab。主假目標(biāo)數(shù) N=8，τ=3 μs，Ts=6.2 μs，加權(quán)系數(shù)均為 1。 同時為在雷達(dá)徑向距離上形成假目標(biāo)分布帶，增加干擾設(shè)備對雷達(dá)的壓制距離，可在雷達(dá)信號結(jié)束時，多次讀取并復(fù)制先前存儲的雷達(dá)信號。此時，仍然保留采樣窗口，但不進行信號存儲，即工作方式保持不變。實測結(jié)果如圖6、7、8所示。

圖6 實測DDS產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號及其頻譜與自相關(guān)結(jié)果Fig.6 The spectrum and autocorrelation results of LFM signal generated by DDS

圖7 聯(lián)合干擾實測結(jié)果Fig.7 Results of combination jamming

圖8 假目標(biāo)群細(xì)節(jié)Fig.8 Details of the false target group

圖6、7、8的脈壓輸出均未加窗。從圖7時域波形可以看到，干擾信號含有較多的低頻成分，這是由DRFM平臺所帶來的影響。在用Matlab進行信號處理時，應(yīng)先濾除帶外頻譜成分。從圖7的處理結(jié)果可以看到，在時間軸上出現(xiàn)以8為單位的假目標(biāo)群，該假目標(biāo)群又以一定的周期重復(fù)出現(xiàn)，形成假目標(biāo)分布帶，可以掩護處于該距離段內(nèi)的所有真實目標(biāo)。圖7所示的掩護距離達(dá)到300 μs。且該值可以任意設(shè)定。從圖8可知，對于距離分辨率低的線性調(diào)頻體制雷達(dá)，可形成類似噪聲干擾的效果，且該噪聲干擾具有很強的相參性。

另外，假目標(biāo)個數(shù)N的設(shè)置還需考慮發(fā)射機的有效發(fā)射功率。在發(fā)射機功率一定的情況下，假目標(biāo)數(shù)目越多，每個假目標(biāo)獲得的有效功率越小，則其干擾距離越小。因此，實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)電子戰(zhàn)環(huán)境合理設(shè)置假目標(biāo)數(shù)目。

6 結(jié) 論

文中在分析卷積調(diào)制與間歇采樣的原理基礎(chǔ)上，形成適用于機載彈載等特定干擾平臺的干擾方式。該干擾方式具有形成的假目標(biāo)數(shù)目與掩護距離任意設(shè)定的特點，具有很強的實用性，可以對SAR等線性調(diào)頻體制雷達(dá)形成有效的干擾。

[1]張煜，楊紹全.對線性調(diào)頻雷達(dá)的卷積干擾技術(shù)[J].電子與信息學(xué)報，2007，29（6）：1048-1051.

ZHANG Yu，YANG Shao-quan.Convolution jamming techenique countering LFM radar[J].Journal of Electronics&Information Technology，2007，29（6）：1048-1051

[2]王雪松，劉建成.間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的數(shù)學(xué)原理[J].中國科學(xué)，E輯，信息科學(xué)，2006，36（8）：891-901.

WANG Xue-song，LIU Jian-cheng.Mathematical principle of interrupted-sampling and repeater jamming[J].Science in China Ser.E Information Sciences，2006，36（8）：891-901.

[3]湯禮建，黃建沖，徐新華.基于卷積調(diào)制的脈內(nèi)多假目標(biāo)干擾技術(shù)研究[J].電子信息對抗技術(shù)，2008，3（23）：43-45.

TANG Li-jian，HANG Jian-chong，XU Xin-hua.Multi-faketarget jamming within pulse based on convolution modulation[J].Eletronic Information Warfare Technology，2008，3（23）：43-45.

[4]劉巧玲，李文臣，張文明，等.間歇采樣頻移轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果仿真分析[J].電子信息對抗技術(shù)，2009，1（24）：48-51.

LIU Qiao-ling，LI Wen-chen，ZHANG Wen-ming， et al.Analysison interrupted-sampling and repeaterjamming based on shift-frequency[J].Electronic Information Warfare Technology，2009，1（24）：48-51.

[5]李大強，李修和，沈陽，等.一種靈巧的多假目標(biāo)干擾技術(shù)研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2010，38（3）：108-113.

LI Da-qiang，LI Xiu-he，SHEN Yang， et al.A smart multiple false target jamming technique[J].Modern Defence Technology，2010，38（3）：108-113.

[6]吳曉芳，王雪松，盧煥章.對SAR的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾研究[J].宇航學(xué)報，2009，30（5）：2043-2048，2072.

WU Xiao-fang，WANG Xue-song，LU Huan-zhang.Study of intermittent sampling repeater jamming to SAR[J].Journal of Astronautics，2009，30（5）：2043-2048，2072.