激光雷達距離欺騙干擾技術(shù)研究

王 萃 張會彬

（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

激光雷達距離欺騙干擾技術(shù)研究

王 萃 張會彬

（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

文章主要介紹激光雷達測距的原理，激光測距機的組成及各部分的功能，根據(jù)其原理，介紹一種常用的距離欺騙的方法-數(shù)字儲頻技術(shù),闡述其距離假目標(biāo)欺騙的原理，對其工作過程進行仿真。研究表明，采用數(shù)字儲頻技術(shù)能夠有效的進行欺騙，這種技術(shù)既可以用于掩護空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開機，暴露其真實的兵力部署，因此具有相當(dāng)大的軍事意義。

激光測距；距離欺騙干擾技術(shù)；數(shù)字儲頻技術(shù)

1 引言

激光雷達欺騙干擾技術(shù)一般是通過模擬目標(biāo)信號的參數(shù)特征，產(chǎn)生假目標(biāo)信號作用于對方雷達，使對方雷達獲得假目標(biāo)信息而逐漸丟失真實目標(biāo)信息，從而實現(xiàn)干擾欺騙的目的。距離欺騙干擾技術(shù)是目前應(yīng)用比較廣泛的一種有源干擾技術(shù)，其特點是假目標(biāo)距離探測器的位置不同于真實目標(biāo)，而其余參數(shù)近似等于真實目標(biāo)，因此比較容易達到以假亂真。欺騙干擾技術(shù)一般是通過對接收到的雷達信號進行截獲、采樣、恢復(fù)、存儲、延遲、移頻、轉(zhuǎn)發(fā)等，使對方雷達探測器接收到多個虛假目標(biāo)信號，誘騙或破壞跟蹤、制導(dǎo)雷達對真目標(biāo)的跟蹤，從而使其顯示器上顯示多個虛假目標(biāo)，使對方雷達對當(dāng)前情況進行錯誤的測量，使對方雷達無法辨別真假，增加其雷達的虛警率、使其信息處理終端系統(tǒng)飽和，從而延緩發(fā)現(xiàn)真實目標(biāo)的時間，為戰(zhàn)爭贏得寶貴的時間。

1.1 激光雷達測距的原理

激光測距機是指利用激光脈沖或連續(xù)波激光束測量目標(biāo)距離探測器位移的一種距離測量儀。利用高重復(fù)頻率的強激光脈沖進行測距的稱為脈沖激光測距機，利用連續(xù)波激光束進行測距的稱為連續(xù)波激光測距機。其中，較為常用的是脈沖激光測距機。

圖1 激光脈沖雷達測距原理示意圖

在脈沖激光測距機中，通常用一個同步脈沖信號對時間間隔進行計時，即利用石英振蕩器產(chǎn)生高頻時鐘脈沖同步序列，在測距機向被測目標(biāo)發(fā)出激光脈沖后，觸發(fā)距離波門限打開，同步脈沖信號開始計時，當(dāng)接收機接收到從目標(biāo)返回的信號后，距離波門限關(guān)閉。就是通過從激光脈沖發(fā)射到目標(biāo)、從目標(biāo)返回到接收機期間，進入計數(shù)器波門限的同步脈沖的個數(shù)來測量的。設(shè)在這段時間里，有n個同步脈沖進入計數(shù)器，同步脈沖之間的時間間隔為τ，則：

1.2 激光雷達測距機的組成

目前，脈沖激光測距機已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，半導(dǎo)體激光測距機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕等特點，在中、近程測距方面有明顯優(yōu)勢，目前其作用距離可達1 km，精度可達到幾厘米。因此通常所說的軍用激光測距機主要是指半導(dǎo)體脈沖激光測距機。

激光測距機一般由電源、激光器、光學(xué)系統(tǒng)、指示與穩(wěn)定系統(tǒng)、傳感器、窄帶光學(xué)濾波器、光探測器、放大器、匹配器、比較器、測距計時器、終端設(shè)備組成。激光發(fā)射部分，是為了產(chǎn)生高功率、高峰值的連續(xù)激光脈沖，并將激光脈沖經(jīng)擴束、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)較精確的射向被測目標(biāo)。激光接收機作用是經(jīng)過光電探測器接收從目標(biāo)漫反射回來的激光脈沖回波信號，經(jīng)聚焦、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大處理計算、并顯示被測目標(biāo)距離測距機的位移。

圖2 激光測距機原理框圖

激光測距機的工作原理如圖2所示，激光器在測距點向被測目標(biāo)發(fā)射一束很窄的高功率的激光脈沖，經(jīng)過激光擴束準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，在導(dǎo)向穩(wěn)定系統(tǒng)作用下，激光脈沖穿過大氣射向被測目標(biāo)；在激光束離開測距機時，從發(fā)射光束中取出一小部分作為參考脈沖信號，觸發(fā)距離波門限打開，啟動數(shù)字測距計時器開始計時，即利用石英振蕩器產(chǎn)生高頻時鐘脈沖同步序列開始計時；到達目標(biāo)的激光束有一小部分激光被被測目標(biāo)漫反射回到激光測距機上；經(jīng)接收望遠鏡和窄帶濾波片等光學(xué)元件傳遞至光電探測器上，轉(zhuǎn)換成電信號；探測器輸出的電信號送往放大器和匹配濾波器，處理后進入比較器與設(shè)定的閾值進行比較；比較后的輸出信號如若匹配參考脈沖信號，則測距計時器關(guān)閉，終止計時。計數(shù)器從開門到關(guān)門期間，所進入的鐘顯頻脈沖個數(shù)，經(jīng)過運算得到目標(biāo)距離，在顯示器上示出來。

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和世界各國對電子戰(zhàn)役的投入不斷增加，電子戰(zhàn)技術(shù)正以史無前例的速度向前發(fā)展，新技術(shù)和新裝備不斷涌現(xiàn)，性能水平持續(xù)提高，從而促使電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)領(lǐng)域和作戰(zhàn)方式不斷變化，電子戰(zhàn)裝備的能力也在發(fā)生著革命性的變化。因此怎么提高本國的電子戰(zhàn)役能力，對抗敵方不斷探測的雷達信號，是一個非常亟待解決的問題。

2 數(shù)字儲頻技術(shù)

數(shù)字儲頻技術(shù)是建立在數(shù)字射頻（DFRM）基礎(chǔ)上的距離欺騙技術(shù)，是為了解決上面的問題而提出來的，DRFM 能識別，捕獲，存儲不同的雷達信號和經(jīng)過特殊調(diào)制的雷達信號，而且可以有較長的存儲時間。利用DRFM產(chǎn)生的干擾信號與雷達信號是相干的。數(shù)字儲頻器能精確的復(fù)制原始信號，然后通過適當(dāng)?shù)难舆t，轉(zhuǎn)發(fā)就可以對對方雷達實施有效的欺騙干擾?；跀?shù)字射頻存儲器（DRFM）的距離欺騙干擾由于其需要的干擾機功率相對較低，且適應(yīng)于對眾多新型體制雷達的干擾，因而在近代歷次戰(zhàn)爭中得到了廣泛的應(yīng)用。國外DRFM技術(shù)在武器裝備中的應(yīng)用已進入實用化階段,由于技術(shù)上的差距及國外的封鎖,我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還處于比較落后的狀態(tài),還遠不能滿足我軍電子對抗設(shè)備的迫切需求。

2.1 DRFM原理介紹

數(shù)字射頻存儲器(Digital Radio Frequency Memory，縮寫為 DRFM)是已成為電子戰(zhàn)役領(lǐng)域中一個非常重要的研究課題。其瞬時帶寬一般為50MHz，其量化形式采用幅度量化，復(fù)制信號信噪比優(yōu)于50dB，相位噪劣化小于-3dB，工作方式為延遲重發(fā)。DRFM 技術(shù)的出現(xiàn)不僅提高了新一代電子對抗設(shè)備的能力，同時增加了系統(tǒng)的靈活性和再編程能力，為干擾脈壓（PC）雷達、脈沖多普勒（PD）雷達、合成孔徑雷（SAR）等現(xiàn)代雷達提供了有力的手段。

圖3 DRFM 在電子干擾設(shè)備中的典型應(yīng)用圖

DRFM系統(tǒng)一般有幾個基本部分：功率的放大和縮小設(shè)備、帶通濾波器、混頻器、中頻帶通濾波器、干擾控制模塊、頻率綜合器、DRFMA處理單元等，如圖3所示。系統(tǒng)對截獲到的雷達信號進行功率的縮小后，經(jīng)過帶通濾波器，經(jīng)過混頻處理，濾掉高頻信號，得到原信號，經(jīng)過DFRM處理系統(tǒng)后，對原信號進行附加頻率的調(diào)制，疊加高頻載波信號，經(jīng)過功率放大器發(fā)射出去，使對方雷達信號接收。DRFM的結(jié)構(gòu)可分為單通道DRFM，正交雙通道DRFM，多通道DRFM。在實際應(yīng)用中一般采用正交雙通道DRFM。其主要工作過程如圖2.2所示：系統(tǒng)對輸入信號x(t)正交下變頻后的同相和正交分量進行采樣。只要每一路的ADC的采樣率大于或者等于輸入信號x(t)的最高頻率即可無失真的恢復(fù)出原信號。正交雙通道DRFM的瞬時帶寬由決定，其中α為帶通濾波器和抗混疊濾波器的影響因子，為采樣頻率。DRFM采用同步檢波器將輸入的射頻信號與一組正交的基準(zhǔn)信號相乘，將輸入信號變換成等效的同相（I）和正交（Q）低通分量，接下來對兩組分量分別進行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號存儲于數(shù)字存儲器中，經(jīng)過時間、頻率的調(diào)制后，再經(jīng)逆過程，重構(gòu)射頻發(fā)射信號，將信號發(fā)射出去。

圖4 DRFM 的系統(tǒng)框圖

2.2 基于DRFM的多普勒移頻干擾

多普勒移頻干擾轉(zhuǎn)化為距離欺騙的干擾樣式，是一種對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達的距離欺騙干擾樣式。這種干擾樣式的干擾信號，是在接收的雷達信號上調(diào)制了多普勒頻移而產(chǎn)生的。線性調(diào)制脈沖壓縮雷達經(jīng)信號處理后，誤認為這種干擾信號具有距離便宜，于是轉(zhuǎn)化為距離欺騙干擾。LFM脈沖信號是脈內(nèi)相干的，這種脈內(nèi)相干性會是其在距離-多普勒之間存在強的耦合，這種距離-多普勒之間的相互影響會引起距離隨著多普勒頻移的視在漂移而產(chǎn)生測距誤差。適當(dāng)?shù)厥罐D(zhuǎn)發(fā)干擾信號的頻率失配（疊加一個多普勒移量），就可以使雷達產(chǎn)生一個假目標(biāo)。假目標(biāo)或領(lǐng)先于匹配目標(biāo)，或落后于匹配目標(biāo)，具體情況取決于多普勒頻移的正或負。也就是說，LFM脈沖壓縮雷達比常規(guī)雷達更易受轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的干擾，甚至，相干轉(zhuǎn)發(fā)1/2的脈沖壓縮雷達信號波形也可以產(chǎn)生較好的干擾效果。

LFM信號的復(fù)數(shù)表達式為

設(shè)基于 DRFM 的移頻干擾的信號形式為：

對線性調(diào)頻信號做移頻干擾時，根據(jù)移頻量的不同，可以引起速度干擾和距離干擾。因為壓縮濾波器是一線性時不變系統(tǒng)，當(dāng)信號和干擾共同作用時，壓縮濾波器的響應(yīng)可理解為信號和干擾分別作用時的響應(yīng)之和。

圖5 基于DRFMD的正向移頻干擾效果圖

圖6 基于DRFM技術(shù)的負向移頻干擾效果圖

基于 DRFM 的多普勒移頻干擾利用了LMF脈沖壓縮雷達固有的距離-多普勒頻移之間存在強耦合的弱點，通過對接收到的雷達偵測信號調(diào)制一個附加的頻率后轉(zhuǎn)發(fā)給對方雷達，達到了距離欺騙干擾的目的。

3 結(jié)論

研究表明，采用數(shù)字儲頻技術(shù)能夠有效的進行欺騙，這種技術(shù)既可以用于掩護空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開機，暴露其真實的兵力部署，使得戰(zhàn)爭一開始就使敵人對整個戰(zhàn)場感到迷茫，從而贏得戰(zhàn)爭的主動權(quán)，贏得戰(zhàn)爭的勝利，因此具有相當(dāng)大的軍事意義。

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Research on deception jamming technology of laser radar

This article mainly introduces the principle of laser ranging radar, the constituent parts of the laser rangefinder and the function of each part, and then this paper introduces a common method - the technology of Digital Radio Frequency Memory, expounding its deception principle of the false target and its working process for simulation. Research shows that using Digital Radio Frequency Memory technology can effectively carry out false targets deception. This technique can not only be used to cover the air defense, but also can be used for interfering with the enemy and decoying attack, exposing the real deployment of troops; therefore has considerable military significance.

Laser ranging; deception jamming technology; digital radio frequency memory

E9

A

1008-1151(2015)01-0018-03

2014-12-11

王萃（1989－）女，電子科技大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向為激光雷達距離欺騙技術(shù)。