LFM脈沖壓縮雷達(dá)的移頻干擾技術(shù)研究

顧成虎，曲麗娜

(哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

LFM脈沖壓縮雷達(dá)的移頻干擾技術(shù)研究

顧成虎，曲麗娜

(哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

脈沖壓縮雷達(dá)能夠同時提高雷達(dá)的作用距離和距離分辨率，在現(xiàn)代雷達(dá)中被廣泛采用.由于線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的距離-多普勒頻移之間存在強(qiáng)耦合現(xiàn)象，使其比常規(guī)雷達(dá)更易受移頻干擾.對單假目標(biāo)移頻干擾、線性函數(shù)移頻干擾和分段線性函數(shù)移頻干擾進(jìn)行了理論分析和Matlab仿真驗證，并對各種干擾進(jìn)行比較和分析.仿真實驗證明了理論分析的正確性和有效性，在工程實踐上提供了對抗脈沖壓縮雷達(dá)的理論指導(dǎo).

脈沖壓縮雷達(dá)；單假目標(biāo)移頻干擾；線性函數(shù)移頻干擾；分段線性函數(shù)移頻干擾

線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)較好地解決了雷達(dá)作用距離與距離分辨力之間的矛盾，在現(xiàn)代雷達(dá)體制中得到廣泛應(yīng)用[1].與此同時，針對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的干擾研究一直以來也是雷達(dá)電子戰(zhàn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).因線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的距離-多普勒頻移之間存在強(qiáng)耦合現(xiàn)象，使其比常規(guī)雷達(dá)更易受轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)干擾，干擾機(jī)通過對截獲的雷達(dá)發(fā)射信號調(diào)制一個附加的頻率后再轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，對敵方雷達(dá)起到干擾的目的[2].

移頻干擾是對抗脈沖壓縮雷達(dá)的主要方式，文獻(xiàn)[3-4]提出了單假目標(biāo)移頻干擾算法，通過移頻可以產(chǎn)生超前和延后的單假目標(biāo)，形成欺騙干擾的目的.文獻(xiàn)[5-7]提出了線性函數(shù)移頻干擾算法，通過線性函數(shù)移頻，能形成覆蓋干擾效果.文獻(xiàn)[8]用鋸齒波加權(quán)調(diào)頻方式來對線性調(diào)頻雷達(dá)進(jìn)行干擾，實現(xiàn)了覆蓋干擾效果.文獻(xiàn)[9]通過對移頻干擾性能參數(shù)的推導(dǎo)，得出當(dāng)頻偏比較小時，以欺騙干擾為主；當(dāng)頻偏比較大時，移頻干擾產(chǎn)生的波形嚴(yán)重失真，以壓制干擾為主.

上述文獻(xiàn)進(jìn)行了部分理論分析和仿真驗證，但沒有對線性函數(shù)移頻干擾就具體干擾實例進(jìn)行具體的分析和論證.在以上文獻(xiàn)的研究成果基礎(chǔ)上，本文對單假目標(biāo)移頻干擾和線性函數(shù)移頻干擾進(jìn)行了進(jìn)一步理論分析研究，對分段線性函數(shù)移頻干擾進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并針對各干擾方式進(jìn)行了具體目標(biāo)檢測實例的仿真實驗.

1 移頻干擾原理

1.1 單假目標(biāo)移頻干擾原理

干擾信號是對截獲的線性調(diào)頻雷達(dá)信號進(jìn)行調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)而形成的，干擾信號進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)后，相對于線性調(diào)頻信號S(t)，其信號頻率發(fā)生了ξ的頻移，移頻干擾信號為：

(1)

其中：ξ為調(diào)制的移頻量，干擾信號經(jīng)過匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮處理后，得到輸出信號為：

(2)

上式中t取值范圍為|t|

|yξ(t)|=

(3)

當(dāng)移頻量為零時，即為無干擾的情況.而當(dāng)移頻量ξ≠0時，尖峰將偏移到T-ξ/K處，當(dāng)ξ>0則形成的干擾主峰超前，當(dāng)ξ<0時干擾主峰將會延后[3]，形成超前或延后距離為ΔS=c·ξ/2K的假目標(biāo).

1.2 線性函數(shù)移頻干擾原理

調(diào)頻斜率是脈沖壓縮雷達(dá)信號的一個重要特征參數(shù)，它表征了線性調(diào)頻信號頻率的變化趨勢和變化劇烈程度.線性函數(shù)移頻干擾就是干擾頻率按線性函數(shù)變化.假設(shè)在整個脈沖寬度內(nèi)，干擾機(jī)調(diào)制的初始頻率為ξ0，調(diào)頻斜率為Kξ，則干擾本身的調(diào)制帶寬為Bξ，形成覆蓋干擾，干擾信號表示如下[3]：

(4)

其頻譜為：

(5)

干擾信號經(jīng)過匹配濾波器后輸出信號頻譜為：

(6)

再經(jīng)過傅里葉反變換得到輸出信號的時域表示為：

(7)

經(jīng)過整理近似計算后得到干擾峰值為：

(8)

覆蓋干擾的距離寬度為：

(9)

1.3 分段線性函數(shù)移頻干擾原理

分段線性移頻就是把整個脈沖寬度T均勻分為N段.參數(shù)有多種取值方式，可以調(diào)整起始調(diào)制頻率ξn，只要起始調(diào)制頻率在原線性調(diào)頻信號附近即可.分段數(shù)的選取要根據(jù)具體信號的脈寬進(jìn)行分段，并且每一段的線性移頻斜率可以有多種取值方式.本文為了分析問題的簡便，這里取各段線性移頻斜率Kξ都相等，移頻規(guī)律如圖1所示.

圖1 分段線性函數(shù)干擾信號瞬時頻率

干擾信號為接收到的雷達(dá)信號與一鋸齒波調(diào)頻信號p(t)的乘積，干擾信號表示如下[9]：

(10)

鋸齒波信號p(t)是一個周期信號，單個周期的表示式為：

exp(j2πusawt2/2)(n-1)ΔT≤t≤nΔT

(11)

則

p(t)=pn(t)*∑δ(t-nΔT)

(12)

很容易知道pn(t)也是一個線性調(diào)頻信號，其調(diào)頻斜率為usam=K*Kζ，帶寬表示為Bsaw=usawΔT，定義Dsaw=Bsaw*ΔT為pn(t)的時寬帶寬積，當(dāng)Dsaw?1時 的頻譜接近于矩形，表示為Pn(f).容易得到p(t)的頻譜為：

P(f)=∑fsawPn(f)δ(f-nfsaw)

(13)

對每一段線性移頻干擾信號，都是一個窄的失配的線性調(diào)頻脈沖，故每段干擾信號頻譜都是一個小矩形信號.周期信號p(t)的頻譜包絡(luò)為等幅梳齒狀，譜包絡(luò)的寬度為Bsaw，每個小梳齒的間隔為fsaw.

分段線性函數(shù)移頻干擾信號的幅度譜如圖2所示，選取T=120 μs，N=6，6段信號的起始頻率分別為-6MHz、-4MHz、-2MHz、0MHz、2MHz、4MHz，線性移頻斜率為Kξ=K/2=0.05MHz/μs，由圖2可知分段線性函數(shù)干擾信號的幅度譜由6段小的頻譜組成，仿真結(jié)果與理論分析一致.

圖2 分段線性函數(shù)干擾信號幅度譜

分段線性移頻干擾就是更加細(xì)化了的線性函數(shù)移頻干擾，由上面分析知道線性函數(shù)移頻干擾信號與接收信號產(chǎn)生失配現(xiàn)象，會產(chǎn)生被展寬的多個假目標(biāo)，實現(xiàn)覆蓋干擾和欺騙干擾的雙重效果.

2 計算機(jī)仿真分析

為了驗證上文提到的幾種干擾對線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)的干擾效果，本文用Matlab進(jìn)行仿真驗證.本實驗選用的技術(shù)指標(biāo)如下：

中心頻率f0：0 MHz；帶寬B：50 MHz；采樣率fs：80 MHz；脈沖寬度T：40 μs.

四個目標(biāo)距離分別為：10.5、11、12、12.5 km，未加移頻干擾信號的脈壓輸出仿真結(jié)果如圖3所示.

圖3 未加移頻干擾的脈壓輸出結(jié)果

實驗1：單假目標(biāo)移頻干擾

加單假目標(biāo)移頻干擾，調(diào)制的干擾移頻量ξ=±1MHz.當(dāng)移頻量ξ≠0時，就會形成超前或延后距離ΔS=c·ξ/2K的假目標(biāo)，仿真結(jié)果如圖4(A)和圖4(B)所示.當(dāng)調(diào)制的干擾移頻量分別為、時形成超前和延后目標(biāo)距離為的假目標(biāo)，仿真結(jié)果與理論分析一致.

圖4

經(jīng)單假目標(biāo)移頻干擾后敵方會收到超前或者延后的單個假目標(biāo)，即假目標(biāo)和真目標(biāo)會同時暴露在敵方視野之中，干擾假目標(biāo)個數(shù)較少時很多時候不能起到干擾敵方的目的.當(dāng)多個目標(biāo)同時存在時會發(fā)現(xiàn)超前或者延后相等距離差的假目標(biāo)，敵方很容易通過這一特性察覺到干擾的存在.假目標(biāo)很容易成為信標(biāo)，以此來確定真目標(biāo)的具體位置，單假目標(biāo)移頻干擾很可能會暴露真實目標(biāo).

實驗2：線性函數(shù)移頻干擾

加線性函數(shù)移頻干擾，移頻干擾斜率Kξ分別為K/10和K/30，仿真結(jié)果如圖5(A) 和圖5(B)所示.經(jīng)線性函數(shù)移頻干擾后目標(biāo)信號被展寬的單個覆蓋干擾所覆蓋，并且圖5(A)的展寬量明顯大于圖5(B)，與式(9)的理論分析結(jié)果一致.同時由式(8)可知為使真目標(biāo)完全覆蓋在被展寬的假目標(biāo)干擾信號中，干擾機(jī)還要提高干擾機(jī)的發(fā)射功率，這對干擾功率的設(shè)置有理論上的指導(dǎo)意義.

圖5 仿真結(jié)果

實驗3：分段線性函數(shù)移頻干擾

加分段線性函數(shù)移頻干擾，將脈沖壓縮雷達(dá)的脈沖寬度均勻分成4段，仿真結(jié)果如圖6 (A)和圖6 (B)所示，線性移頻干擾斜率Kξ分別為6*K/7和3*K/4，目標(biāo)的脈壓輸出信號全部都被干擾假目標(biāo)群所覆蓋.

圖6(B)脈沖壓縮輸出信號明顯比圖6(A)中的輸出結(jié)果要寬，這與式(9)的分析結(jié)果吻合，由式(8)知隨干擾斜率的升高，脈壓輸出信號幅度會降低，這就要求干擾機(jī)提高自己的發(fā)射功率才能起到比較好的干擾效果.

圖6 仿真結(jié)果

3 結(jié) 語

本文研究結(jié)果表明：三種移頻干擾將分別產(chǎn)生單個假目標(biāo)距離欺騙干擾、單個覆蓋干擾、多個逼真假目標(biāo)群的欺騙和覆蓋干擾.單假目標(biāo)移頻干擾過于簡單且很多時候不能起到干擾敵方的目的，線性函數(shù)移頻干擾產(chǎn)生了展寬的覆蓋干擾，只要干擾參數(shù)設(shè)置合適就能起到較好的干擾效果.通過研究還發(fā)現(xiàn)分段線性函數(shù)移頻干擾不僅能產(chǎn)生展寬的假目標(biāo)信息，還會產(chǎn)生逼真假目標(biāo)群，起到欺騙干擾和覆蓋干擾的雙重干擾效果.本文的研究結(jié)果將為干擾戰(zhàn)術(shù)的實施提供理論指導(dǎo)，對工程的順利進(jìn)行提出一種新形勢的實施方略.

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Study on frequency-shifting jamming to LFM pulse compression radar

GU Cheng-hu, QU Li-na

(School of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Pulse compression radar is widely used in modern radar for its improvement of detection range and range resolution. Its strong coupling phenomenon between detection range and the doppler shift, make it more vulnerable to interference than conventional radar. In this paper, the theoretical analysis and Matlab simulation of single false target frequency-shifting jamming, linear function frequency-shifting jamming and piecewise linear function frequency-shifting jamming were successively carried out. Simulation experiments showed the correctness and effectiveness of the theoretical analysis and provide theoretical guidance to resist pulse compression radar in engineering practice.

pulse compression radar; single false target frequency-shifting jamming; linear function frequency-shifting jamming; piecewise linear function frequency-shifting jamming

2014-05-13.

中央高?；究蒲匈M(fèi)專項基金(HEUCF140803)

顧成虎(1989-)，男，碩士，研究方向：寬帶信號檢測與識別，雷達(dá)信號偵察與干擾.

TN972

A

1672-0946(2015)03-0350-04