基于DRFM的欺騙干擾與壓制干擾技術(shù)研究

李彥栓，潘理剛

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所信息對(duì)抗部，安徽合肥 230088)

雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用，是防空預(yù)警和武器引導(dǎo)的重要情報(bào)來(lái)源。隨著武器裝備技術(shù)的發(fā)展，對(duì)雷達(dá)的干擾技術(shù)和抗干擾技術(shù)研究受到更多地重視。目前對(duì)雷達(dá)干擾方法主要有壓制干擾和欺騙干擾。壓制干擾的實(shí)現(xiàn)方式一般有寬帶噪聲、噪聲調(diào)頻、寬帶掃頻干擾等方式，其實(shí)質(zhì)是采用大功率的干擾信號(hào)降低目標(biāo)回波信號(hào)的信噪比，壓制敵方雷達(dá)的威力范圍;欺騙干擾的實(shí)質(zhì)是干擾機(jī)模擬產(chǎn)生雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)，使雷達(dá)檢測(cè)到虛假目標(biāo)，破壞雷達(dá)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤，其實(shí)現(xiàn)方法一般有脈沖前沿復(fù)制、移頻干擾等 DRFM 干擾方法和 DJS干擾方法［1－3］。

現(xiàn)代雷達(dá)廣泛使用大時(shí)寬帶寬積信號(hào)，以降低雷達(dá)峰值發(fā)射功率和提高雷達(dá)的距離分辨力，由于脈沖壓縮處理技術(shù)可使目標(biāo)回波信號(hào)獲得幾十dB的信號(hào)處理得益，使得傳統(tǒng)的噪聲類壓制干擾方法要達(dá)到同樣的壓制系數(shù)，需要更大的干擾輸出功率。DRFM可以對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的相干存儲(chǔ)，能獲得雷達(dá)的脈沖壓縮處理得益，是干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)的高效方法。本文研究了DRFM干擾原理和工程實(shí)現(xiàn)方法，并在此基礎(chǔ)上提出一種采用密集假目標(biāo)方法進(jìn)行欺騙干擾和壓制干擾的方法。

1 信號(hào)模型

在目標(biāo)檢測(cè)中，目標(biāo)的距離分辨力與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的帶寬成正比，因此為提高雷達(dá)的距離分辨力，現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)廣泛使用大時(shí)寬帶寬積的信號(hào)，如線形調(diào)頻信號(hào)、相位編碼信號(hào)、非線性調(diào)頻信號(hào)。由于寬帶的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生和處理均較容易，容易獲得較大的脈壓信號(hào)處理得益，且技術(shù)成熟，所以在雷達(dá)系統(tǒng)中線性調(diào)頻信號(hào)使用較為常見。

線性調(diào)頻信號(hào)是通過(guò)非線性相位調(diào)制或線性頻率調(diào)制獲得大時(shí)寬帶寬積。其信號(hào)模型為

式中，A為脈沖幅度;τ為脈沖寬度;fc為發(fā)射信號(hào)載頻;k=為線性調(diào)頻斜率;B為信號(hào)帶寬;rect)為矩形函數(shù)，其表達(dá)式為

2 DRFM密集假目標(biāo)干擾的實(shí)現(xiàn)方法

DRFM技術(shù)是針對(duì)現(xiàn)代相干體制雷達(dá)的有效方法，其工作過(guò)程是雷達(dá)干擾設(shè)備首先通過(guò)偵察接收機(jī)截獲雷達(dá)輻射信號(hào)，并將信號(hào)樣本附加多普勒頻移后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)干擾策略，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將干擾信號(hào)發(fā)出，在特定的距離上形成假目標(biāo)，對(duì)雷達(dá)進(jìn)行干擾［4］。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 DRFM干擾系統(tǒng)組成

基于DRFM技術(shù)的延時(shí)疊加是生成密集假目標(biāo)干擾信號(hào)的一種簡(jiǎn)便高效方法，其將截獲的雷達(dá)射頻脈沖，按照一定時(shí)間間隔進(jìn)行延時(shí)疊加，然后將此和信號(hào)在干擾觸發(fā)脈沖的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)多次，便可在一定距離范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的具有固定距離間隔的假目標(biāo)干擾信號(hào)［5－10］。假設(shè)雷達(dá)脈沖寬度為 N × ΔT，ΔT為延時(shí)疊加時(shí)間。雷達(dá)射頻脈沖如圖2所示。

圖2 雷達(dá)脈沖信號(hào)示意圖

按照時(shí)間間隔ΔT進(jìn)行延時(shí)疊加生成的和信號(hào)如圖3所示。

圖3 干擾信號(hào)延時(shí)疊加示意圖

將此和信號(hào)連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)M次形成的干擾信號(hào)，經(jīng)雷達(dá)脈沖壓縮處理后便可在M×ΔT×C/2的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生大量假目標(biāo)，假目標(biāo)之間的距離間隔為ΔT×C/2。多次轉(zhuǎn)發(fā)形成的干擾信號(hào)的等效形式如圖4所示，其形成的假目標(biāo)個(gè)數(shù)為N+M－1。

3 目標(biāo)檢測(cè)CFAR處理

地面對(duì)空情報(bào)雷達(dá)一般采用MTI工作模式進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤，目前采用數(shù)字陣列體制的相控陣?yán)走_(dá)是其中的主力，其信號(hào)流程為中頻數(shù)字化、數(shù)字波束形成、脈沖壓縮、MTI處理和CFAR目標(biāo)檢測(cè)。

圖4 延遲疊加產(chǎn)生假目標(biāo)原理

脈沖壓縮就是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，其濾波器具有時(shí)延－頻率特性，延遲時(shí)間隨頻率變化，從而實(shí)現(xiàn)脈沖內(nèi)各頻率分量在時(shí)域被積疊，即壓縮，形成幅度增大、寬度變窄的脈沖信號(hào)。

MTI處理是指利用雜波抑制濾波器來(lái)抑制各種雜波，提高雷達(dá)信號(hào)的信雜比，以利于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。在雷達(dá)工程實(shí)現(xiàn)中MTI處理一般是采用重頻參差的多脈沖對(duì)消處理方式消除盲速，以優(yōu)化MTI濾波器的速度響應(yīng)曲線，比如四脈沖對(duì)消或五脈沖對(duì)消處理。然后將MTI處理后結(jié)果與CFAR門限比較，檢測(cè)是否有目標(biāo)存在。為降低單個(gè)脈沖的信噪比需求，雷達(dá)一般在一個(gè)波位上發(fā)射多個(gè)脈沖，然后對(duì)多組對(duì)消處理結(jié)果進(jìn)行M/N準(zhǔn)則檢測(cè)輸出。

CFAR處理是對(duì)需要進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)的單元內(nèi)的噪聲和干擾電平進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)值設(shè)置門限，再與該檢測(cè)單元進(jìn)行比較來(lái)判斷是否有目標(biāo)存在。CFAR處理可以保持信號(hào)檢測(cè)時(shí)的虛警率恒定。CFAR處理方法有CA－CFAR、SO－CFAR、GO－CFAR、WCA－CFAR等方法，他們的區(qū)別是在不同的雜波背景下確定最優(yōu)的檢測(cè)門限，但其本質(zhì)都是用于檢測(cè)單元相鄰的一組參考距離單元內(nèi)的采樣值來(lái)估計(jì)雜波功率，工程實(shí)現(xiàn)的方法是在被檢測(cè)單元前后各取M/2個(gè)參考單元，然后按一定算法作雜波功率估計(jì)。因此，在產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾信號(hào)時(shí)，若假目標(biāo)的距離間隔較大，假目標(biāo)輸出的MTI結(jié)果落在距離較遠(yuǎn)的距離單元上，則輸出的干擾信號(hào)不會(huì)抬高雷達(dá)CFAR門限，在雷達(dá)顯示器上將出現(xiàn)大量的假目標(biāo)點(diǎn)跡;若假目標(biāo)的距離間隔較小，則假目標(biāo)MTI輸出將落在計(jì)算CFAR門限的參考單元內(nèi)，雷達(dá)CFAR門限將迅速提高，在雷達(dá)顯示器上將出現(xiàn)少量假目標(biāo)點(diǎn)跡，雷達(dá)也難以發(fā)現(xiàn)真實(shí)目標(biāo)，此時(shí)密集假目標(biāo)干擾就變成了壓制干擾。由于DRFM可以獲得雷達(dá)的信號(hào)處理得益，為達(dá)到相同的壓制系數(shù)，所需的干擾功率將比噪聲壓制干擾機(jī)節(jié)省幾十dB，是一種高效的壓制干擾方式。

4 理論仿真

設(shè)雷達(dá)信號(hào)參數(shù)為:采用LFM信號(hào)，調(diào)頻帶寬B=0.5 MHz，脈沖寬度T=100μs;雷達(dá)為三變T，脈沖重復(fù)周期分別為［3 100，3 300，3 500］μs，在一個(gè)波位上發(fā)射12個(gè)脈沖，MTI處理采用四脈沖對(duì)消，對(duì)基帶復(fù)信號(hào)的采樣時(shí)鐘為1 MHz。

CFAR處理選擇單元平均恒虛警算法，檢測(cè)單元前后間隔一個(gè)保護(hù)單元后各取10個(gè)距離單元作為參考單元進(jìn)行雜波功率估計(jì)。虛警概率Pfa=10－8，根據(jù)虛警概率公式計(jì)算得到單元平均恒虛警檢測(cè)門限Y式中，M=20為取的參考單元個(gè)數(shù);Z為參考單元去平均得到的雜波估計(jì);k0為常數(shù);Y為CA－CFAR檢測(cè)門限。一個(gè)波位的12個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)四脈沖對(duì)消處理產(chǎn)生9個(gè)MTI結(jié)果，與各自的恒虛警門限比較后進(jìn)行5/9檢測(cè)，每個(gè)距離單元上若有5次以上過(guò)門限，則判定有目標(biāo)存在。

在雷達(dá)200 km位置通過(guò)延遲疊加方法產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾信號(hào)，延遲時(shí)間間隔設(shè)為20μs或10μs，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

(1)延遲疊加間隔為20μs(對(duì)應(yīng)20個(gè)距離單元)，將疊加結(jié)果連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)5次，仿真結(jié)果如圖5～圖6所示。

圖5 MTI結(jié)果與CFAR檢測(cè)門限

圖6 CFAR后5/9檢測(cè)結(jié)果

(2)延遲疊加間隔為10μs(對(duì)應(yīng)10個(gè)距離單元)，將疊加結(jié)果連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)10次，仿真結(jié)果如圖7～圖8所示。

圖7 MTI結(jié)果與CFAR檢測(cè)門限

圖8 CFAR后5/9檢測(cè)結(jié)果

從以上仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)假目標(biāo)間隔大于計(jì)算CFAR門限所取的保護(hù)單元個(gè)數(shù)的1/2時(shí)，密集假目標(biāo)沒(méi)有抬高CFAR檢測(cè)門限，經(jīng)過(guò)檢測(cè)處理將會(huì)形成假目標(biāo)點(diǎn)跡;當(dāng)假目標(biāo)間隔小于計(jì)算CFAR門限所取的保護(hù)單元個(gè)數(shù)的1/2時(shí)，假目標(biāo)MTI結(jié)果抬高CFAR檢測(cè)門限，雷達(dá)將既檢測(cè)不到假目標(biāo)也檢測(cè)不到真實(shí)目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于DRFM技術(shù)產(chǎn)生的干擾信號(hào)可以獲得雷達(dá)的脈沖壓縮處理得益，降低了干擾設(shè)備的輻射功率需求，為干擾現(xiàn)代相干體制雷達(dá)提供了有力的技術(shù)手段。本文在DRFM干擾的原理基礎(chǔ)上，提出一種通過(guò)延遲疊加方法進(jìn)行密集假目標(biāo)干擾和壓制干擾的方法。這種方法不僅可以靈活控制假目標(biāo)的間隔和假目標(biāo)的數(shù)目，而且在工程實(shí)現(xiàn)中可以節(jié)省樣本信號(hào)的存儲(chǔ)容量和設(shè)備體積。理論分析和仿真結(jié)果證明，文中基于DRFM的干擾方法具有良好的應(yīng)用效果。

［1］丁鷺飛.雷達(dá)原理［M］.西安:西北電訊工程學(xué)院出版社，1984.

［2］趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003

［3］吳順君，梅曉春.雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

［4］惲建波，靳學(xué)明.密集假目標(biāo)干擾的峰均比改善方法［J］.艦船電子對(duì)抗，2012(2):54－57.

［5］張玉芳.基于DRFM 的雷達(dá)干擾技術(shù)研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2005.

［6］朱燕.相參雷達(dá)的信號(hào)處理與相干性干擾的研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2005.

［7］劉忠.基于DRFM的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)干擾新技術(shù)［D］.長(zhǎng)沙:國(guó)防科技科技大學(xué)，2006.

［8］陳方予，柯安琦，李明.DRFM產(chǎn)生的假目標(biāo)與真實(shí)雷達(dá)目標(biāo)回波差別分析［J］.航天電子對(duì)抗，2008(6):41－44.

［9］李軍虎，肖金寶，俞雷，等.DRFM技術(shù)在雷達(dá)對(duì)抗中的應(yīng)用［J］.航天電子對(duì)抗，2007(4):15－18.

［10］王茹，吳志宏，趙國(guó)慶.基于DRFM的合成孔徑雷達(dá)干擾技術(shù)研究［J］.電子信息對(duì)抗技術(shù)，2006(1):31－33.