一種基于間歇采樣的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的建模及其仿真分析

謝 玲 職 曉 董洪亮

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

目前，多假目標(biāo)干擾技術(shù)是雷達(dá)電子對(duì)抗領(lǐng)域研究比較熱門的有源干擾技術(shù)。以前的多假目標(biāo)干擾產(chǎn)生技術(shù)，一般采用多抽頭聲表面波延遲線法或軟件計(jì)算方法來實(shí)現(xiàn)，但合成的多假目標(biāo)有很多不足之處:假目標(biāo)間的間隔固定有限、個(gè)數(shù)比較少、合成機(jī)理缺乏靈活性、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)往往還比較復(fù)雜、并且系統(tǒng)的處理時(shí)間也過長?；诖嬖谏鲜霾蛔?，結(jié)合近年來數(shù)字射頻存儲(chǔ)(Digital Radio Frequency Memory DRFM)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài):它可以多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)其存儲(chǔ)的采樣信號(hào)，并且具有高保真的特性?；诖颂匦裕疚奶岢隽艘环N基于間歇采樣的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型，并對(duì)其干擾效果進(jìn)行了仿真及其分析［1］。

1 重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的工作原理與數(shù)學(xué)模型

重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的工作過程是這樣的:首先干擾機(jī)在截獲到雷達(dá)發(fā)射信號(hào)后，迅速采樣一小段信號(hào)樣本，然后以既定的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)進(jìn)行重復(fù)讀出并發(fā)射出去;緊接著再繼續(xù)采樣下一小段信號(hào)樣本，并按既定的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)讀出并發(fā)射出去，如此循環(huán)重復(fù)上述過程，直到雷達(dá)脈沖時(shí)刻結(jié)束。如果在雷達(dá)脈沖結(jié)束時(shí)刻，最后一小段信號(hào)樣本的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)還未達(dá)到既定的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，直到發(fā)完為止。重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的工作過程可以用圖1所示的原理進(jìn)行形象描述。圖中所示的轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)編碼含義如下:第一位表示轉(zhuǎn)發(fā)的是第幾段采樣信號(hào)，第二位表示該段信號(hào)被第幾次轉(zhuǎn)發(fā)，如轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)3-2表示第3段采樣信號(hào)被第2次轉(zhuǎn)發(fā)［2］。

圖1 重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾工作過程示意圖

為了便于進(jìn)行仿真分析，我們?nèi)±走_(dá)脈沖寬度T是間歇采樣周期TS的整數(shù)倍，并取間歇采樣周期TS是采樣時(shí)長τ的整數(shù)倍，且轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)長Tr等于采樣時(shí)長τ，即轉(zhuǎn)發(fā)采樣信號(hào)的全部樣本;不難看出，對(duì)于整個(gè)雷達(dá)的接收過程而言，圖1所示的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾過程，其效果等效于圖2所示的幾個(gè)干擾過程的疊加。

圖2 重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理示意圖

如圖2(a)所示，如果干擾機(jī)每次采樣后只對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)發(fā)，即只轉(zhuǎn)發(fā)采樣信號(hào)的1-1、2-1、3-1，則此時(shí)的干擾效果就等效于間歇采樣占空比時(shí)的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾。為了便于分析，我們定義此時(shí)圖2(a)所示的干擾為間歇采樣后的第一次轉(zhuǎn)發(fā)，它通過雷達(dá)脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出響應(yīng)記為ys(t)，根據(jù)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理［2］，該輸出由兩部分組成:幅度最強(qiáng)的假目標(biāo)我們稱之為主假目標(biāo);其余幅度皆低于主假目標(biāo)的假目標(biāo)群，我們稱之為次假目標(biāo)群。

如圖2(b)所示，我們可以將轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)1-2、2-2、3-2理解為第二次間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)，是第一次轉(zhuǎn)發(fā)后，延遲了轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)長Tr=τ后的再一次轉(zhuǎn)發(fā)。它通過雷達(dá)脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出響應(yīng)可以表示為ys(t-τ)。之后每重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)一次，其干擾輸出就是在前次干擾輸出的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間Tr=τ的延遲，一直重復(fù)上述過程，直到雷達(dá)脈沖結(jié)束。

設(shè)在一個(gè)間歇采樣周期TS內(nèi)，可以轉(zhuǎn)發(fā)采樣信號(hào)的最高次數(shù)為M，則M=TS/τ-1，因此，我們可以將總的干擾輸出合成表示為:

2 對(duì)影響干擾效果的主要參數(shù)的分析

式(1)表明該干擾的合成輸出實(shí)際上是ys(t)等間隔τ延拓了M次，因此，該干擾可以使雷達(dá)產(chǎn)生多個(gè)主假目標(biāo)與多個(gè)次假目標(biāo)群。其具體干擾效果與參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間間隔Tr(Tr=τ)、間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾中各假目標(biāo)的寬度1/B以及各假目標(biāo)間的分布間距Δt=T/TSB有關(guān)［2］，此處直接引用了文獻(xiàn)［2］的推導(dǎo)結(jié)論，詳細(xì)推導(dǎo)過程參見文獻(xiàn)［2］153頁的內(nèi)容，由于推導(dǎo)過程復(fù)雜，限于篇幅，不在此列出。如果干擾參數(shù)滿足τ≥2/B，則可以產(chǎn)生M個(gè)獨(dú)立的主假目標(biāo)，否則各主假目標(biāo)間將相互混疊，其他次假目標(biāo)間也會(huì)相混疊。如果干擾參數(shù)滿足(M-1)τ＜Δt，則當(dāng)前轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生的主假目標(biāo)不會(huì)與后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生的次假目標(biāo)間相混疊，且各次假目標(biāo)間也不會(huì)混疊。綜合一下，如果干擾參數(shù)滿足式(2)的條件，則產(chǎn)生的所有的假目標(biāo)都是獨(dú)立的，即:

簡化式(2)，可得:

解式(3)，可得:

一般情況下，干擾機(jī)在工作中都會(huì)滿足τ≥2/B的條件，我們?nèi)缛=100μs，B=10MHz，可取 τ =1μs ＞ 2/B=0．2μs，則4．32μs，可取 TS=4μs，則 Δt=2．5μs，根據(jù)上面分析，所產(chǎn)生的干擾能使雷達(dá)產(chǎn)生-1=3個(gè)幅度相等、間隔為1μs的主假目標(biāo)，我們稱之為主假目標(biāo)群，在主假目標(biāo)群的左右兩側(cè)還將分別出現(xiàn)三個(gè)幅度相等、且幅度稍低于主假目標(biāo)(未考慮目標(biāo)旁瓣影響，下同)、間隔為1μs的一次假目標(biāo)，我們稱之為一次假目標(biāo)群，同理，在左邊一次假目標(biāo)群的左側(cè)、右邊一次假目標(biāo)群的右側(cè)還將出現(xiàn)三個(gè)幅度相等、幅度低于次假目標(biāo)群、間隔為1μs的二次假目標(biāo)群，以此類推。

如果采樣周期TS不滿足式(4)，則所產(chǎn)生的主假目標(biāo)群和次假目標(biāo)群間將可能混疊，致使有些假目標(biāo)的幅度出現(xiàn)了變化起伏。但當(dāng)采樣周期TS增大到一定程度，并使τ為Δt的整數(shù)倍時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的假目標(biāo)幅度不再是變化起伏的，這是由于前后幾次轉(zhuǎn)發(fā)所產(chǎn)生的主、次假目標(biāo)間出現(xiàn)了相互重疊所致。如取TS=10μs，τ=1μs，則Δt=1μs=τ，M=9，其干擾效果為一個(gè)等幅度的主假目標(biāo)群，在主假目標(biāo)群的前后還會(huì)有幅度逐漸衰減的次假目標(biāo)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn):我們根據(jù)圖1所示的干擾工作過程原理圖生成干擾信號(hào)。雷達(dá)仿真參數(shù)設(shè)置如下:發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，帶寬B=10MHz，脈寬T=100μs，采樣頻率fs=20MHz。干擾起始時(shí)刻從零開始，假設(shè)真目標(biāo)出現(xiàn)在100μs處，即雷達(dá)脈沖結(jié)束時(shí)刻。間歇采樣周期TS與采樣時(shí)長τ隨仿真實(shí)驗(yàn)的不同而變化，具體如下。

當(dāng)仿真參數(shù)TS=4μs、τ=0．1μs時(shí)，仿真結(jié)果如圖3所示。

對(duì)于圖3的仿真結(jié)果，因?yàn)楦蓴_參數(shù)不滿足τ≥2/B的條件，所以生成的假目標(biāo)間相互混疊嚴(yán)重，由圖可知，干擾幾乎覆蓋了真目標(biāo)前后100μs(其實(shí)比較強(qiáng)的覆蓋范圍是真目標(biāo)前后50μs)，因此，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾在這種情況下比較適合于自衛(wèi)式壓制干擾。

圖3 TS=4μs、τ =0．1μs的仿真結(jié)果

當(dāng)仿真參數(shù)TS=4μs、τ=1μs時(shí)，仿真結(jié)果如圖4(放大圖)所示。

圖4 TS=4μs、τ=1μs的仿真結(jié)果

對(duì)于圖4的仿真結(jié)果，因?yàn)楦鲄?shù)都能滿足式(4)的條件，所以，生成了一個(gè)個(gè)獨(dú)立的假目標(biāo)群，理論上各個(gè)假目標(biāo)群中的假目標(biāo)幅度應(yīng)該相等，而實(shí)際上各個(gè)假目標(biāo)群中的假目標(biāo)幅度出現(xiàn)差異，這是由于不同假目標(biāo)間的旁瓣相疊加所致。由圖可知，圖中生成幅度較強(qiáng)的逼真假目標(biāo)位于真目標(biāo)的前后，因此，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾在這種情況下應(yīng)該適合于隨隊(duì)干擾［3］。

當(dāng)仿真參數(shù)TS=5μs、τ=1μs時(shí)，仿真結(jié)果如圖5(放大圖)所示。

圖5 TS=5μs、τ=1μs的仿真結(jié)果

對(duì)于圖5的仿真結(jié)果，因?yàn)椴蓸又芷赥S不滿足式(4)，所以，生成的假目標(biāo)群出現(xiàn)了幅度的起伏，而且在真目標(biāo)前后都出現(xiàn)幅度較強(qiáng)的逼真假目標(biāo)，但真目標(biāo)前面出現(xiàn)的假目標(biāo)相對(duì)后面的要少，因此，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾在這種情況下更適合于隨隊(duì)干擾。

當(dāng)仿真參數(shù)TS=10μs、τ=1μs時(shí)，仿真結(jié)果如圖6(放大圖)所示。

圖6 TS=10μs、τ=1μs的仿真結(jié)果

對(duì)于圖6的仿真結(jié)果，參數(shù)設(shè)置因?yàn)闈M足τ為Δt的整數(shù)倍，所以，產(chǎn)生的100μs以后的9個(gè)主假目標(biāo)幅度幾乎是相等的，出現(xiàn)差異的原因也是因?yàn)榕园晗嗷クB加的影響［4］。從圖中可以看出，生成的幾個(gè)幅度較強(qiáng)的主假目標(biāo)幾乎全部出現(xiàn)在了真目標(biāo)后，因此，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾在這種情況下適合于隨隊(duì)干擾［5］。

4 結(jié)束語

對(duì)于重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾而言，DRFM通過直接對(duì)當(dāng)前采樣的信號(hào)進(jìn)行重復(fù)性轉(zhuǎn)發(fā)，而且在采樣信號(hào)存取時(shí)，下次采樣的信號(hào)可以直接覆蓋前次采樣的信號(hào)，因此，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)存儲(chǔ)器容量的要求較低，其系統(tǒng)控制原理也相對(duì)簡單。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以通過控制干擾參數(shù):間歇采樣周期TS與采樣時(shí)長τ的變化，來產(chǎn)生不同的干擾效果。所以，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾是對(duì)付線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的一種新型有效干擾樣式。

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