導前與靈巧噪聲組合干擾樣式研究

邵微笑，游福初，王 森，李 亮

（中國航天科工集團第三研究院第303研究所，北京 100074）

0 引 言

現(xiàn)代新體制雷達普遍采用了抗干擾波形設(shè)計，使雷達在各種復雜雜波和人為噪聲干擾的情況下仍然具有良好的檢測、識別和跟蹤目標的能力，因而，傳統(tǒng)的干擾形式已經(jīng)難以對付新體制雷達以及靈活多變的抗干擾措施，這給雷達干擾技術(shù)的研究提出了新課題。靈巧噪聲干擾正是在這種情況下出現(xiàn)的新式干擾方式之一。靈巧干擾是在雷達信號基礎(chǔ)上調(diào)制產(chǎn)生的，因而可以獲得部分雷達接收機的匹配濾波增益，與傳統(tǒng)干擾方式相比，在同樣的干擾功率下可以達到更好的干擾效果。

然而經(jīng)過仿真分析發(fā)現(xiàn)，靈巧噪聲干擾雖然兼有欺騙干擾與壓制干擾的特點，但是其產(chǎn)生的干擾信號都滯后于真實回波信號，若采用脈沖前沿跟蹤，很容易被識別出。而針對脈沖壓縮雷達，間歇采樣干擾和移頻干擾都可以產(chǎn)生導前的干擾效果。

文獻［1］～［2］對靈巧干擾本質(zhì)含義及相關(guān)問題進行了探討；文獻［3］對脈沖壓縮雷達進行了靈巧噪聲干擾研究；文獻［4］對卷積調(diào)制靈巧噪聲、數(shù)字多時延靈巧噪聲和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號進行了系統(tǒng)的仿真分析和說明；文獻［5］在基于線性調(diào)頻脈壓信號在時間和多普勒頻率間存在強耦合的基礎(chǔ)上，提出用移頻干擾實現(xiàn)欺騙干擾的方法；文獻［6］提出了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，并分析了此種方法對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達的干擾效果；文獻［7］分析了相位編碼雷達信號的特點，然后通過理論分析和仿真驗證的方式研究部分復制干擾、移頻干擾對其的干擾效果。

本文根據(jù)脈沖壓縮體制雷達的信號處理特點，將靈巧干擾與導前干擾2種方法相結(jié)合，分析間歇采樣靈巧干擾與移頻靈巧干擾的原理以及作用機理，并進行Matlab仿真驗證。由于雷達信號進入接收機直至調(diào)制的干擾信號輸出需要一定的處理時間，導致干擾信號必定滯后于真實回波信號，典型的滯后時間為0.5～1μs，本文的仿真中設(shè)定為0.5μs。

1 2種脈沖壓縮雷達信號的數(shù)學模型

（1）線性調(diào)頻信號

式中：f0為載波頻率；T為脈沖寬度；K＝B／T為信號的調(diào)頻斜率；rect（t／T）為矩形函數(shù)；u（t）＝為信號的復包絡(luò)。

線性調(diào)頻信號具有以下特點：

（a）具有近似矩形的幅頻特性；

（b）具有平方律的相位特性。

線性調(diào)頻信號的頻譜和脈壓結(jié)果如圖1所示。

圖1 線性調(diào)頻信號頻譜與脈壓輸出

線性調(diào)頻信號也稱為Chirp信號，它的數(shù)學表達式為：

（2）相位編碼信號

相位編碼信號的復數(shù)表達式為：

式中：a（t）為矩形包絡(luò)函數(shù)；φ（t）為相位調(diào)制函數(shù)；f0為載波頻率。

相位編碼信號是用一定的碼字序列對載頻信號相位進行調(diào)制而產(chǎn)生的。調(diào)制的編碼序列一般為偽隨機序列，并要求其自相關(guān)性好，距離旁瓣低。以二相編碼為例，φ（t）只有0或π2個可能取值，用二進制序列表示為 ｛ck＝ejφ（k）＝＋1，－1｝，則N位碼元的二相編碼信號可寫為：

二相編碼信號具有以下特點：

（1）功率譜與碼元的功率譜基本相同；

（2）帶寬與子脈沖帶寬相近。

相位編碼信號中，偽隨機序列——巴克碼應(yīng)用最為普遍，巴克碼序列為 ｛＋1，＋1，＋1，＋1，＋1，－1，－1，＋1，＋1，－1，＋1，－1，＋1｝，主旁瓣比為22.2 dB。然而巴克碼最長只有13位，長度太短，因此本文選用13×13組合巴克碼來增加它的使用長度，頻譜和匹配濾波結(jié)果如圖2所示。

圖2 13×13組合巴克碼信號頻譜與脈壓輸出

從圖2（b）中可以看出，13×13組合巴克碼信號的主旁瓣比也為22.2 d B。

2 導前干擾

（1）間歇采樣干擾

間歇采樣干擾就是干擾機在滿足奈奎斯特采樣定律的情況下，先接收并采樣一段信號存儲在數(shù)字射頻存儲器（DRFM）里，然后放大并轉(zhuǎn)發(fā)，再接收采樣，再轉(zhuǎn)發(fā)，如此收發(fā)分時、采樣和轉(zhuǎn)發(fā)交替工作直至雷達脈沖信號結(jié)束，如圖3所示。

假設(shè)采樣信號p（t）是一個脈寬為τ、重復周期為Ts（重復頻率為fs）的矩形包絡(luò)脈沖串，包絡(luò)脈沖p（t）為：對進入干擾設(shè)備接收機的雷達信號s（t）進行間歇采樣，得到間歇采樣干擾信號：

圖3 脈壓信號間歇采樣干擾效果圖

干擾信號經(jīng)過雷達接收機的匹配濾波器h（t）后，得到輸出信號：

由上式可得，干擾信號輸出由兩部分組成：其中第1項為主假目標，除一個幅度系數(shù)外，與目標回波具有完全相同的形式；第二部分是一個求和式，表明干擾信號出現(xiàn)了假目標群的效果，這是由于采樣脈沖的各次諧波對原信號進行了調(diào)制，把雷達信號s（t）的頻譜搬移到了p（t）的各次諧波處，且幅度與sin（πnf sτ）有關(guān)，當nf sτ為整數(shù)時，頻譜幅度為0。

圖3為對2種脈沖壓縮信號進行間歇采樣仿真的效果圖，從中可以看出，若雷達信號為線性調(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群，可達到導前效果，并且主假目標的幅度比真實目標小3 d B，其它假目標幅度快速衰減；而當雷達信號為二相編碼信號時，與線性調(diào)頻信號類似，在時域上產(chǎn)生一系列對稱分布于真實目標前后的假目標群，且主假目標的幅值比真實目標回波小4.5 d B，導前假目標出現(xiàn)在20μs處，幅值比真實目標回波小12.6 dB，干擾功率集中在主假目標上。

（2）移頻干擾

脈沖壓縮信號的時延τ和頻移f d存在著一定關(guān)系，如果雷達信號在頻率上變化了Δf d，那么時間上就存在一個Δτ的變化量。因此，如果干擾機主動將截獲到的雷達信號進行移頻調(diào)制處理后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，當雷達接收機對接收到的回波信號進行脈沖壓縮時，會在距離上產(chǎn)生一個窄脈沖，若進行多次移頻調(diào)制，則可以產(chǎn)生多個窄脈沖，這樣雷達接收機就無法判別真實信號的位置，進而達到迷惑干擾雷達系統(tǒng)，癱瘓雷達探測能力的目的。圖4為對2種脈沖壓縮信號進行移頻干擾仿真的效果圖。

圖4 脈壓信號移頻干擾效果圖

其中圖4（a）為對線性調(diào)頻信號進行移頻干擾，設(shè)定了3個移頻量，其中導前假目標1對應(yīng)的移頻量為＋1 MHz，導前假目標2對應(yīng)的移頻量為＋0.5 MHz，它們在時域上都出現(xiàn)于真實目標回波之前；最右邊是移頻量為－0.5 MHz的滯后假目標，出現(xiàn)在真實目標回波之后。3個假目標的幅度都比真實目標回波小，這是由于移頻后的雷達回波信號與匹配濾波器不再完全匹配，所以導致脈壓輸出信號幅度減小，并且移頻量的增加會減小干擾功率。

圖4（b）為對二相編碼信號進行移頻干擾，脈壓結(jié)果輸出假目標群，分布在真實信號兩側(cè)。這是因為相位編碼信號對多普勒頻移較敏感，不存在時間與多普勒頻率的強耦合性，其干擾效果表現(xiàn)為使脈壓主瓣和旁瓣結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分裂為2個甚至多個脈沖，從而影響距離分辨力。

3 靈巧噪聲干擾

靈巧噪聲干擾就是使用假目標脈沖和隨機噪聲組合的方法，既可利用欺騙干擾的特性使得干擾信號能夠順利進入敵方雷達，消除它對普通噪聲干擾的處理增益，又比純欺騙性干擾具有更好的干擾效果。本文選取噪聲卷積調(diào)制的靈巧噪聲干擾方式進行分析。

設(shè)雷達發(fā)射信號為s（t），高斯白噪聲信號為n（t），進行卷積調(diào)制，得到輸出靈巧噪聲干擾信號為：

匹配濾波器的響應(yīng)函數(shù)為s＊（－t），則干擾信號脈壓后的輸出為：

設(shè)jr（t）、s（t）、n（t）的頻譜分別為Jr（ω）、S（ω）、N（ω），時域卷積對應(yīng)頻域的乘積運算，則干擾信號匹配濾波后的頻譜函數(shù)為：

任一函數(shù)與點擴展函數(shù)卷積，都可獲得脈沖壓縮處理增益。因此，高斯白噪聲n（t）卷積調(diào)制的干擾信號進入雷達接收機經(jīng)過匹配濾波后，也可獲得較大的處理增益，干擾利用率較高，可在時域上對脈沖壓縮雷達實施噪聲遮蓋干擾。

從圖5可以看出，對線性調(diào)頻信號以及二相編碼信號實施靈巧噪聲干擾時，在匹配濾波后出現(xiàn)了壓制干擾的特性，部分干擾信號的幅度已大于真實目標回波的幅度，并且干擾信號隨機變化，無規(guī)律，不易被識別，能很好地遮蓋住真實目標回波。缺點是由于干擾機處理需要一定的時間，導致干擾信號都出現(xiàn)在真實回波信號之后。

4 導前靈巧噪聲干擾

通過第3節(jié)的分析，靈巧噪聲干擾雖然產(chǎn)生了遮蓋性干擾的效果，但是干擾信號只是出現(xiàn)在原信號時間點以后，在時域上是滯后的，若雷達采用脈沖前沿跟蹤，就很容易被識別。因此，結(jié)合第2節(jié)中可產(chǎn)生導前效果的2種干擾方法，提出間歇采樣靈巧噪聲和移頻靈巧噪聲。

（1）間歇采樣靈巧噪聲干擾

設(shè)置對線性調(diào)頻信號間歇采樣頻率為1.2 MHz，對二相編碼信號的間歇采樣周期為7.8μs，占空比都為0.5，如圖6所示。

圖5 線性調(diào)頻信號靈巧噪聲干擾脈壓輸出

圖6 線性調(diào)頻信號間歇采樣靈巧噪聲脈壓輸出

由圖6可見，部分干擾信號已超前于真實目標信號，并且由高斯白噪聲所產(chǎn)生的噪聲壓制效果也使得真實目標回波不能輕易被對方雷達識別出來。

綜上所述，與單一的間歇采樣或者靈巧噪聲干擾相比，將發(fā)射的雷達信號先進行間歇采樣，然后再與高斯白噪聲信號進行卷積調(diào)制，所產(chǎn)生的導前加遮蓋干擾的效果更能欺騙對方雷達。

（2）移頻靈巧噪聲干擾

將移頻量都設(shè)置為＋1.5 MHz，其他參數(shù)設(shè)置同第2節(jié)，如圖7所示。

圖7 線性調(diào)頻信號移頻靈巧噪聲干擾脈壓輸出

從圖7可以看出，跟間歇采樣靈巧噪聲干擾效果類似，部分干擾信號也已經(jīng)超前于真實目標信號，并且幅度各不相同，無規(guī)律，可以產(chǎn)生較好的欺騙導前壓制的干擾效果。不同的是，由于相位編碼信號對多普勒頻移的敏感性，導前范圍有限制，與子脈沖寬度及載波頻率有關(guān)。

5 結(jié)束語

導前靈巧噪聲干擾兼有欺騙干擾和噪聲干擾的特性，既能對抗脈沖前沿跟蹤技術(shù)，也能遮蓋住真實目標回波，使敵方雷達難以發(fā)現(xiàn)，并且噪聲卷積調(diào)制靈巧干擾具備很強的信號適應(yīng)性和干擾靈活性，可根據(jù)雷達信號特點靈活選擇調(diào)制方式，以獲取雷達匹配濾波增益或?qū)嵤└呔日瓗轭l阻塞。針對現(xiàn)今較為普遍應(yīng)用的脈沖壓縮雷達，導前靈巧噪聲干擾可以對其產(chǎn)生有效的干擾，這也是電子對抗領(lǐng)域的熱門研究方向，本文的分析結(jié)果可為自衛(wèi)干擾機總體設(shè)計提供重要的理論依據(jù)。

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