基于加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的3bit相位量化DRFM干擾信號(hào)特征分析與研究

李云鵬，仝 俊，崔 偉

（1.空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春130022；2.空軍航空大學(xué)教官基地，蚌埠233040）

0 引 言

現(xiàn)代的新體制雷達(dá)普遍采用相參技術(shù)，并且從頻率、波形、調(diào)制方式以及信號(hào)處理等方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)。這些新技術(shù)和措施的應(yīng)用使得常規(guī)的單一干擾樣式難以實(shí)現(xiàn)有效干擾，而基于DRFM的干擾是對(duì)抗新體制雷達(dá)的一種有效方法。DRFM干擾技術(shù)［1－2］是一種現(xiàn)代電子戰(zhàn)的前沿技術(shù)，通過生成與被干擾雷達(dá)信號(hào)波形匹配的干擾信號(hào)達(dá)到干擾目的。文獻(xiàn)［3］～［7］對(duì)DRFM技術(shù)均作了相關(guān)研究，但這些研究均未分析干擾信號(hào)的波形特性，也未分析被干擾雷達(dá)對(duì)干擾信號(hào)的處理特性。本文主要對(duì)基于加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的3bit相位量化DRFM干擾信號(hào)特性進(jìn)行了分析。利用線性調(diào)頻（LFM）脈壓雷達(dá)模型的信號(hào)處理過程對(duì)DRFM干擾效果進(jìn)行了討論和研究。

1 DRFM的量化方式

3bit相位量化DRFM最主要的量化方式是正交信號(hào)比較法。其基本原理是基于任意相移的信號(hào)都可以通過原信號(hào)的正交信號(hào)變換而產(chǎn)生。輸入射頻信號(hào)經(jīng)正交下變頻后形成I、Q2路正交信號(hào)。2路正交信號(hào)再經(jīng)相位量化器進(jìn)行處理形成4路相位相差45°的方波信號(hào)，如圖1所示。分別表示為：

圖1 移相方波信號(hào)

相位量化器產(chǎn)生的4路方波相當(dāng)于4位的數(shù)字信號(hào)，而用4位數(shù)字信號(hào)表示8個(gè)相位區(qū)間會(huì)有1位的冗余，因此只需要經(jīng)編碼器進(jìn)行重新編碼后產(chǎn)生3位的相位碼即可。

信號(hào)的重構(gòu)過程與存儲(chǔ)過程相反。當(dāng)需要重構(gòu)信號(hào)時(shí)，將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出，經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器（PISO）恢復(fù)串行數(shù)據(jù)，重構(gòu)I、I＋Q、Q、Q－I 4路方波。加權(quán)相加網(wǎng)絡(luò)對(duì)重構(gòu)的方波進(jìn)行加權(quán)相加，產(chǎn)生2路階梯式正交模擬信號(hào)，然后經(jīng)正交上變頻后相加即可得到輸出信號(hào)。加權(quán)相加網(wǎng)絡(luò)可以很好地還原出輸入信號(hào)的外包絡(luò)，因此，加權(quán)值的確定直接影響了產(chǎn)生干擾信號(hào)的特性。

為了便于實(shí)現(xiàn)，利用等均值離散的方法將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行模擬等分，利用合成信號(hào)來反推各路方波的權(quán)值。因此可以通過計(jì)算得出當(dāng)DRFM為3bit相位量化時(shí)，其權(quán)值分別為a1＝2－2cos（π／4），a2＝2cos（π／4），a3＝ 2cos（π／4），a4＝ 2 －2cos（π／4）。這樣，就可以得到 3bit 相位量化DRFM時(shí)域波形表達(dá)式：

2 DRFM干擾信號(hào)頻譜特性［6］

由于DRFM干擾信號(hào)由相位量化產(chǎn)生，因此不可避免地產(chǎn)生寄生信號(hào)。寄生信號(hào)中影響最大的是諧波性寄生信號(hào)，一方面，它降低了干擾機(jī)的有效輻射功率；另一方面，它可能成為雷達(dá)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)目標(biāo)的信標(biāo)。由3bit相位量化輸出信號(hào)的波形可以看出f（t）的直流分量為0，周期為T，且為偶函數(shù)，則可以將f（t）展成以下面形式：

式中：an為f（t）的傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)。

為了便于分析，可以把式（7）改寫成：

整理后可得：

將輸出波形中的各參數(shù)代入式（4），即可得：

當(dāng)量化的比特?cái)?shù)為m時(shí)，輸出信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)為：

當(dāng)m≥3時(shí)，對(duì)上式求和號(hào)中的2m－3項(xiàng)（即為中間項(xiàng)）單獨(dú)列出，并把第1項(xiàng)與第2m－2－l項(xiàng)合并，經(jīng)整理后可得：

當(dāng)m≥4時(shí)，采用與上面相似的方法，可以把上面的xn式進(jìn)一步化簡(jiǎn)成下面的形式：

可以將xn進(jìn)一步簡(jiǎn)化成：

式中：n＝1，2m±1，2×2m±1，3×2m±1，…。

將上式回代到通式an中可得：

式中：n＝1，2m±1，2×2m±1，3×2m±1，… 。

此時(shí)得到的an即為輸出信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)化簡(jiǎn)后的表達(dá)式。一次諧波為信號(hào)的固有頻率，而高次諧波是寄生信號(hào)。若令A(yù)n＝ ［an／a1］表示相對(duì)基波信號(hào)的寄生信號(hào)幅度，則可得到：

式中：m為量化位數(shù)，m≥2。

若以dB為單位，則表示為：

式中：n＝1，2m±1，2×2m±1，3×2m±1，… 。

3 仿真與分析

（1）信號(hào)頻譜特性

對(duì)方波加權(quán)相加法產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換后得到信號(hào)的頻譜。假設(shè)量化比特?cái)?shù)m＝3，周期T＝0.2，采樣頻率Fs＝500；根據(jù)前面的分析可知，3bit相位量化輸出信號(hào)的頻譜將在n·2m處產(chǎn)生寄生信號(hào)，即F＝35，45，75，…處。從圖2中生成的頻譜可以看出，階梯信號(hào)的自身頻率為F＝5，是能量最高的信號(hào)。并且在F＝35，45，75，…等諧波處產(chǎn)生寄生信號(hào)，與計(jì)算得出的n·2m±1相同。

圖2 3bit相位量化信號(hào)頻譜圖

（2）DRFM干擾信號(hào)對(duì)PD雷達(dá)干擾效果分析

假設(shè)雷達(dá)主要工作參數(shù)如下：τ＝30μs，脈壓比D＝90，TPRI＝30kHz，S／R＝－15dB，雷達(dá)中頻為1MHz，目標(biāo)相距雷達(dá)R＝20km，假設(shè)DRFM以最小時(shí)間延遲轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)和干擾信號(hào)時(shí)域圖分別如圖3、4所示。比較圖3和圖4可以看出，DFRM量化產(chǎn)生的干擾信號(hào)在波形上與雷達(dá)脈沖信號(hào)十分相似，唯一的差別就是雷達(dá)回波和干擾信號(hào)的能量大小可能有所不同。對(duì)LFM雷達(dá)而言，從時(shí)域上無法區(qū)別干擾信號(hào)和回波信號(hào)。

圖3 雷達(dá)信號(hào)脈壓時(shí)域波形圖

對(duì)LFM雷達(dá)分別進(jìn)行距離欺騙干擾和速度欺騙干擾，干擾效果如圖5、圖6所示。在上述條件下，S／R＝－3dB，從圖5時(shí)域波形來看，雷達(dá)可以清晰地對(duì)假目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和分析，其中虛脈沖為假目標(biāo)所在的位置，實(shí)脈沖是真實(shí)目標(biāo)的位置。假設(shè)移動(dòng)目標(biāo)的速度為210m／s，假目標(biāo)速度為300m／s，LFM雷達(dá)進(jìn)行16次相干積累，雷達(dá)工作時(shí)TPRI＝32kHz。

圖6給出了動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）處理后的圖像。

圖4 DRFM干擾信號(hào)時(shí)域波形圖

圖5 距離欺騙干擾示意圖

圖6 MTI處理后信號(hào)圖

從圖6中可以看出，由于假目標(biāo)也具備了速度信息，在進(jìn)行MTI處理之后，真目標(biāo)和假目標(biāo)被同時(shí)檢測(cè)出來，雷達(dá)無法區(qū)分真假目標(biāo)。在進(jìn)行MTD處理后，在第7、10號(hào)濾波器的位置出現(xiàn)了較強(qiáng)的峰值，將其換算成速度，則v1＝210m／s，v2＝300m／s，分別與真假目標(biāo)的速度一致。也就是說，PD雷達(dá)進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）處理以后，可成功檢測(cè)處理2個(gè)動(dòng)目標(biāo)的速度。而作為干擾方來說，此時(shí)速度欺騙干擾達(dá)到了干擾的目的，如圖7所示。

圖7 速度欺騙干擾示意圖

4 結(jié)束語

DRFM技術(shù)，通過生成與被干擾雷達(dá)信號(hào)波形匹配的干擾信號(hào)而達(dá)到干擾目的。本文主要對(duì)基于加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的3bit相位量化DRFM干擾信號(hào)特性進(jìn)行了分析，給出了加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)值，利用仿真分析了3bit相位量化DRFM干擾信號(hào)的頻譜特性，對(duì)PD雷達(dá)模型的DRFM干擾效果進(jìn)行了分析，對(duì)研究DRFM的干擾效果以及雷達(dá)的抗DRFM干擾都具有重要意義。

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