對LFM雷達的間歇采樣累加干擾研究*

呂亞昆,楊承志,李健偉,肖鵬

(空軍航空大學(xué)，吉林 長春　130022)

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對LFM雷達的間歇采樣累加干擾研究*

呂亞昆,楊承志,李健偉,肖鵬

(空軍航空大學(xué)，吉林 長春130022)

摘要：間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾以及改進的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾是對線性調(diào)頻雷達的有效干擾樣式，但其形成的假目標幅度較小，能量損失較大。針對這些不足，提出了一種間歇采樣累加干擾，該方法通過將數(shù)字儲頻后離散采樣信號的幅值進行累加，在獲得干擾幅度的同時實現(xiàn)信號的最大相干性。通過理論分析可知，信號脈內(nèi)周期性變化會對干擾信號產(chǎn)生影響，因此又通過對累加信號幅度較低部分進行幅度倍乘和對間歇采樣信號取絕對值后累加，得到2種改進方案：倍乘調(diào)整間歇采樣累加干擾和絕對值間歇采樣累加干擾。最后通過仿真實驗，證明了間歇采樣累加干擾是對線性調(diào)頻雷達的一種有效干擾，能夠產(chǎn)生較好的欺騙和覆蓋干擾效果，并且假目標幅度較大，工程實現(xiàn)簡單，節(jié)省功率。

關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻；間歇采樣；累加干擾；欺騙干擾

0引言

現(xiàn)代雷達體制普遍采用波形相干實現(xiàn)積累，對非相干干擾具有較強的抑制性。線性調(diào)頻信號由于具有大時寬帶寬積可以獲得較好的相干處理增益和較遠的探測距離以及較好的距離分辨力，因此在現(xiàn)代多種雷達體制中有著廣泛應(yīng)用。由于LFM(linear frequency modulation)信號采用匹配濾波(脈沖壓縮)進行信號處理，大大抑制了非相干干擾信號的進入，使得傳統(tǒng)的干擾樣式干擾效果很差，因此對其干擾主要從相干干擾入手。

目前，對LFM信號的有效干擾方法主要集中在以DRFM(digital radio frequency memory)為基礎(chǔ)的各種干擾樣式，主要有移頻干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾和靈巧式干擾。文獻[1]分析了移頻干擾，此類干擾主要是通過對雷達信號附加移頻量實現(xiàn)干擾信號的超前或延后，但是移頻量選取要適當(dāng)，否則會由于干擾信號和匹配接收機失配嚴重而無法達到較好的干擾效果，并且形成的假目標容易被識別。文獻[2-6]分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾以及改進的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾，此類干擾主要是解決對大時寬信號的干擾和天線分時復(fù)用的問題，通過間歇性存儲、處理、轉(zhuǎn)發(fā)部分信號以獲得干擾匹配增益，雖然可以形成覆蓋目標的多假目標，但是干擾信號幅度較小，假目標分布較均勻，所需干擾功率較大。文獻[7-10]分析了靈巧式干擾方法，主要是將卷積調(diào)制與間歇采樣相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的覆蓋干擾效果，但需要事先存儲噪聲或者視頻信號，而且需要適當(dāng)選擇間歇采樣時間和卷積信號長度，否則影響干擾信號的發(fā)射。文獻[11]和文獻[12]還分別提出了部分脈沖截取和全脈沖分段轉(zhuǎn)發(fā)干擾，但干擾效果一般，前者失配嚴重功率損失較大，后者需要對整個脈沖進行存儲且形成的假目標幅度較小，假目標間距一樣容易被識別。

基于以上分析，本文提出了一種間歇采樣累加干擾方法。該方法可以充分利用間歇采樣和數(shù)字儲頻的優(yōu)點，在獲得信號的脈內(nèi)信息時，通過將信號每一個采樣點的幅度相加，以到達干擾信號與雷達信號相干，并獲得幅度優(yōu)勢。在簡要分析間歇采樣干擾原理基礎(chǔ)上，給出了本文提出的間歇采樣累加干擾方法的具體理論分析以及仿真驗證。

1間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾概述

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾[2-5]是指干擾機對截獲的大時寬雷達信號高保真地采樣其中的一小段，再進行處理調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)，然后再采樣、處理轉(zhuǎn)發(fā)下一段，采樣與轉(zhuǎn)發(fā)分時交替工作直到雷達脈沖信號結(jié)束。這種干擾技術(shù)立足于干擾機天線收發(fā)分時體制，可以形成假目標欺騙干擾效果，其工作時序如圖1所示，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號示意如圖2所示。

圖1　間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)基本原理Fig.1　Fundamentals of interrupted sampling and　　　direct repeater jamming

圖2　間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號圖Fig.2　Jamming signal figure of interrupted sampling　　　 and direct repeater jamming

(1)

設(shè)LFM雷達信號為s(t)，脈沖寬度T，則間歇采樣干擾信號ss(t)為

(2)

(3)

若H(f)表示LFM脈沖壓縮雷達匹配濾波器頻率響應(yīng)，Y(f)表示雷達信號輸出y(t)的頻率響應(yīng)，Ys(f)表示干擾信號ys(t)輸出的頻率響應(yīng)，則:

(4)

對式(4)進行反變換得

(5)

另外由線性系統(tǒng)理論可知：間歇采樣信號的頻譜是每段信號頻譜的疊加，干擾信號通過匹配濾波器的響應(yīng)是每段信號通過匹配濾波器響應(yīng)疊加之和，通過仿真可以證明。

圖3　間歇采樣干擾信號時域波形及頻譜Fig.3　Time-domain waveform and spectrum of　　　Interrupted sampling jamming

重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時域波形和頻譜如圖5所示，信號經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖6所示。間歇采樣周期Ts=10 μs,間歇采樣脈寬τ=2.5 μs。

圖4　間歇采樣干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.4　Results after interrupted sampling jamming　　　through the matched filter

圖5　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣信號時域波形及其頻譜Fig.5　Time-domain waveform and spectrum of reduplicate　　　 repeater interrupted sampling jamming

圖6　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.6　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　jamming through the matched filter

2間歇采樣累加干擾方法

間歇采樣累加干擾的基本原理是在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后增加累加處理器，然后將干擾信號進行轉(zhuǎn)發(fā)。對復(fù)信號進行累加處理，能夠充分利用信號的脈內(nèi)相干性獲得前一點的信號幅度和相位，相當(dāng)于將原始信號從采樣起始時刻到當(dāng)前時刻進行采樣點延時并求和疊加。實現(xiàn)框圖如圖7所示。下面簡要分析間歇采樣累加干擾的信號特征和干擾的效果。

2.1干擾信號特征

(6)

(7)

(8)

圖8給出了對LFM信號分4段的間歇采樣累加干擾信號的時域波形和對應(yīng)頻譜(仿真參數(shù)同以上)。由圖可以看出，采樣累加干擾頻譜與理論分析一致，對干擾信號影響最大的是信號低頻段并且累加幅度和頻譜幅度較大， 將對目標檢測產(chǎn)生主要

圖7　間歇采樣累加干擾實現(xiàn)系統(tǒng)框圖Fig.7　System diagram of interrupted sampling cumulative jamming

影響。另外還可以從圖8b),c),d)看出，由于信號的脈內(nèi)正弦信號的正負值抵消影響了一部分干擾信號的幅度，所以可以采取2種方法進行改進(篇幅所限，不給出具體分析)：①對信號從第2段間歇采樣開始進行倍乘使每段信號幅值接近，最大程度地保留信號的相關(guān)性；②對信號取絕對值進行累加，但該方法會對信號的脈內(nèi)信息產(chǎn)生一定影響。

2.2干擾效果分析

(9)

設(shè)干擾通過匹配濾波器后的頻率響應(yīng)為Ylj(f)，則

(10)

式中:Ylji(f)為第i段信號經(jīng)過匹配濾波器的頻率響應(yīng)。

由式(8)和式(10)得

(11)

再由積分信號的傅里葉變換可知，對式(11)進行反變換有

(12)

即累加干擾通過匹配濾波器后是對原間歇采樣信號通過匹配濾波后在對應(yīng)區(qū)間上的積分，所以

ylj(t)=ylj1(t)+ylj2(t)+ylj3(t)+ylj4(t)=

∫yj1(t)dt+∫yj2(t) dt+∫yj3(t)dt+∫yj4(t)dt.

(13)

再結(jié)合式(6)，(7)可知，離散化后即對原來信號經(jīng)過匹配濾波器后的響應(yīng)在相應(yīng)時間段內(nèi)進行求和。

由以上分析可以看出，間歇采樣累加干擾將會獲得更好的覆蓋優(yōu)勢，并且實現(xiàn)簡單，節(jié)省功率，對其進行重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)將會實現(xiàn)更好的覆蓋干擾和假目標欺騙干擾效果。

3仿真分析與效果對比

圖8　間歇采樣累加干擾信號及其頻譜Fig.8　Time-domain waveform and spectrum of interrupted sampling cumulative jamming

(1) 仿真1：間歇采樣累加干擾

圖9　間歇采樣累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.9　Results after interrupted sampling cumulative　　　jamming through the matched filter

(2) 仿真2：重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾

間歇采樣脈寬取τ=2.5 μs，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)取最大值3次。重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)累加干擾信號的時域波形和頻譜如圖10所示，經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖11所示。從圖中可以看出，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾效果要比直接轉(zhuǎn)發(fā)一次圖9a)的效果好得多，并且干擾信號峰值幅度增大，與雷達信號幅度持平，干擾信號可以實現(xiàn)更寬的覆蓋范圍。

圖10　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾信號時域波形和頻譜Fig.10　Time-domain waveform and spectrum of　　　　reduplicate repeater interrupted sampling　　　 cumulative jamming

圖11　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.11　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　cumulative jamming through the matched filter

(3) 仿真3：倍乘調(diào)整間歇采樣累加干擾

間歇采樣脈寬取τ=2.5 μs，倍乘調(diào)整數(shù)為5 。倍乘調(diào)整累加干擾信號的時域波形和頻譜如圖12所示，經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖13所示。從圖12頻譜圖可以看出，調(diào)整后干擾信號頻率在原間歇采樣信號頻率段得到較好的聚集，并且幅度有較大的改善，將為干擾轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)省功率。從圖13中可以看出，倍乘調(diào)整后的干擾效果要比直接轉(zhuǎn)發(fā)和重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號更集中，干擾信號峰值幅度與雷達信號幅度大(大2.5 dB)，效果提升明顯。

圖12　倍乘調(diào)整累加干擾信號幅度和頻譜Fig.12　Time-domain waveform and spectrum of　　　　multiplier adjustment cumulative jamming

圖13　倍乘調(diào)整累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.13　Results after multiplier adjustment cumulative　　　 jamming through the matched filter

(4) 仿真4：絕對值間歇采樣累加干擾

圖14　絕對值累加干擾信號幅度和頻譜Fig.14　Time-domain waveform and spectrum of　　　　absolute value cumulative jamming

圖15　絕對值累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.15　Results after absolute value cumulative　　　jamming through the matched filter

通過以上仿真實驗分析可知，本文提出的間歇采樣累加干擾效果較好，假目標能量較大覆蓋范圍較寬，并且工程實現(xiàn)簡單，節(jié)省功率，為干擾機進行遠距離欺騙干擾方法提供了思路。由于轉(zhuǎn)發(fā)干擾會導(dǎo)致假目標的落后，因此本文提出的干擾還可以與移頻干擾結(jié)合，以實現(xiàn)干擾信號的前移。

4結(jié)束語

本文在總結(jié)了對LFM雷達信號常用干擾方法基礎(chǔ)上，重點分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理和缺點?；诖?，本文提出了間歇采樣累加干擾，并給出了理論分析和仿真驗證。但由于信號內(nèi)部的周期性可能會使得信號部分正負抵消，因此本文又給出了2種改進的間歇采樣累加干擾方法。仿真結(jié)果表明，間歇采樣累加干擾及其改進方法干擾能量較大、覆蓋范圍較寬具有較好的干擾效果，并且工程實現(xiàn)簡單，對干擾機實施遠距欺騙干擾具有重要意義。

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Interrupted Sampling on LFM Radar Cumulative Jamming Studies

Lü Ya-kun, YANG Cheng-zhi, LI Jian-wei, XIAO Peng

(The Aviation University of Air Force, JIlin Changchun 130022, China)

Abstract:Interrupted sampling and repeater jamming and improved reduplicate repeater jamming is an effective jamming pattern against LFM (linear frequency modulation) radar. But its amplitude of the false targets is smaller and the energy loss is bigger. For these shortcomings, an interrupted sampling cumulative jamming is proposed. This method, by accumulating the amplitude of discrete sampling signal after DRFM(digital radio frequency memory), obtains the amplitude of the jamming signal and achieves maximum signal coherence. The theoretical analysis shows periodic changes of in-pulse signal affect jamming signals. Therefore, through multiplying the amplitude lower part of accumulative signal and accumulation of intermittent sampling signals after taking the absolute value, two improvement schemes are put forward: multiplier adjustment cumulative jamming and the absolute value intermittent sampling accumulative jamming. Finally, the simulation results show that interrupted sampling cumulative jamming is an effective cumulative jamming against LFM radar. This method can produce better deception and cover jamming effect and the larger amplitude of false targets. And the method has the advantages of simple project implementation and power saving.

Key words:linear frequency modulation(LFM); interrupted sampling; cumulative jamming; deception jamming

中圖分類號：TN958;TN972

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-01-0100-08

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.017

通信地址：101416北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)八一路裝備學(xué)院研2隊E-mail：lykc123@sina.com

作者簡介：呂亞昆(1989-)，男，河北贊皇人。碩士生，研究方向為電子對抗。

收稿日期：2013-11-10；
修回日期：2013-12-26