一種多域復(fù)合調(diào)制的雷達(dá)靈巧干擾新方法?

宮 健,金虎兵,郭藝奪

(1.西安電子科技大學(xué),陜西西安710071;2.空軍工程大學(xué),陜西西安710051;3.解放軍95890部隊,湖北武漢430030)

0 引言

靈巧干擾是在傳統(tǒng)壓制干擾和欺騙干擾的有效性受到挑戰(zhàn)的背景下提出的一種新型干擾[1-6],通常在雷達(dá)中心頻率附近發(fā)射多個時域上與真實目標(biāo)回波重疊,并且覆蓋住目標(biāo)回波的猝發(fā)脈沖來實現(xiàn)[7-10]。目前,具有大時寬帶寬積和復(fù)雜脈內(nèi)調(diào)制規(guī)律的脈沖壓縮波形已廣泛應(yīng)用于各種雷達(dá)。因此,針對脈沖壓縮雷達(dá)的信號處理特點,設(shè)計出一種新的干擾方法,使其既能獲得匹配處理增益,又能達(dá)到兼?zhèn)鋲褐聘蓴_和欺騙干擾的“隱真示假”的目的,這是新型電子對抗系統(tǒng)探索和設(shè)計中的關(guān)鍵問題,具有重要的理論意義和工程價值。

1 LFM信號的匹配濾波處理

1.1 LFM信號及頻譜

設(shè)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)發(fā)射信號為

式中,T為脈沖寬度,μ=B/T為調(diào)頻斜率,B為調(diào)頻帶寬。

當(dāng)BT?1時,s(t)的頻譜為

線性調(diào)頻信號壓縮比BT越大,幅頻特性越接近于矩形函數(shù),信號頻寬近似等于信號的調(diào)頻帶寬B,當(dāng)BT?1時,線性調(diào)頻脈沖的相位譜具有平方律特性。

1.2 LFM信號的匹配濾波

線性調(diào)頻脈沖的匹配濾波器的頻率響應(yīng)為

式中,k為壓縮濾波器增益,t0為壓縮濾波器物理實現(xiàn)所需延遲。

為便于理論分析,令t0=0,則線性調(diào)頻信號匹配濾波器輸出的時域信號經(jīng)包絡(luò)檢波后為

線性調(diào)頻脈沖壓縮輸出是一個具有辛克包絡(luò)的單載頻信號,在t=0時刻輸出達(dá)到最大值主瓣寬度為1/B。

2 時域噪聲卷積干擾原理

2.1 干擾基本原理

設(shè)雷達(dá)點目標(biāo)的響應(yīng)函數(shù)為p(t),則目標(biāo)回波可表示為

假設(shè)噪聲信號為n(t),則干擾機發(fā)射信號為

因為匹配濾波器的響應(yīng)函數(shù)為s?(-t),所以目標(biāo)回波與干擾信號同時經(jīng)過脈沖壓縮后的輸出為

將式(5)、式(6)代入式(7),可得

設(shè)y(t),p(t),n(t)和s(t)的頻譜分別為Y(f),P(f),N(f)和S(f),則

Y(f)對應(yīng)的時域輸出即為

式中,F-1表示逆傅里葉變換,F-1(|S(f)|2)表示點擴展函數(shù)。由于n(t)與點擴展函數(shù)卷積能獲得壓縮增益,使得較小的干擾功率就能產(chǎn)生較好的干擾效果,干擾功率利用率比較高。這種方法得到的干擾總能自動瞄準(zhǔn)信號頻率,且干擾帶寬大致等于信號帶寬,干擾能量進(jìn)入雷達(dá)接收機之后幾乎被全部利用,干擾效率很高。

2.2 干擾效果仿真

仿真參數(shù)設(shè)置為時寬τ=20μs,帶寬B=20 M Hz,采樣頻率fs=100 M Hz,n(t)取均值為0,方差為1,時長為8μs的高斯白噪聲,則仿真結(jié)果如圖1所示。

可見,回波的主峰完全被淹沒在噪聲中,干擾效果較好。圖1(c)中噪聲對主峰的有效壓制區(qū)域集中在8μs區(qū)域,噪聲的有效壓制長度和參與卷積的噪聲長度相同,在干擾能量方面,卷積噪聲干擾可以采用較少的能量就能獲得較好的干擾效果。

圖1 時域噪聲卷積干擾

3 頻域固定偏移干擾原理

3.1 干擾基本原理

固定移頻干擾信號為

式中,fj為干擾信號相對于回波信號的頻移量,T為線性調(diào)頻脈沖寬度。

對J(t)作傅里葉變換得到頻譜為

干擾信號經(jīng)脈壓網(wǎng)絡(luò)后的輸出:

固定移頻干擾脈沖壓縮輸出是一個具有辛克包絡(luò)的單載頻信號,在t=-fj/μ時刻輸出達(dá)到最大值,-4 dB主瓣寬度為1/(B-|fj|)。

3.2 干擾效果仿真

圖2(b),(d)為頻域固定偏移干擾脈壓輸出,真實目標(biāo)位于t=0μs,右側(cè)假目標(biāo)位于t=10μs,fj1=-10 M Hz,左側(cè)假目標(biāo)位于t=-15μs,fj2=5 M Hz。固定移頻干擾輸出峰值位置的移動到t=-fj/μ處,因此通過調(diào)整頻率偏移量的大小可抵消掉轉(zhuǎn)發(fā)延遲的消極影響,形成時域超前的顯著假目標(biāo)。

圖2 頻域固定偏移干擾

4 多域復(fù)合調(diào)制的靈巧干擾

4.1 干擾基本原理

根據(jù)上面的公式和仿真結(jié)果可以看出,時域的噪聲卷積干擾可以形成較好的壓制效果,但是沒有顯著的欺騙干擾能力;頻域的固定偏移干擾可以形成假目標(biāo)干擾,但是沒有壓制干擾的能力;頻域的固定偏移干擾輸出峰值降低為原信號脈壓后幅值的(1-|fj|/B),假目標(biāo)的顯著性不高。因此要想實現(xiàn)兼?zhèn)鋲褐聘蓴_和欺騙干擾的目標(biāo),應(yīng)當(dāng)采用多域復(fù)合調(diào)制的手段,通過對接收雷達(dá)信號在時域上的噪聲卷積、頻域上的固定偏移和功率域上的增益控制達(dá)到“隱真示假”的效果,具體實現(xiàn)方式如圖3所示。

圖3 頻域固定偏移干擾

4.2 干擾效果仿真

仿真參數(shù)設(shè)置為fj=15 M Hz,時域通道的功率增益調(diào)制為-2 d B,頻域通道的功率增益調(diào)制為10 dB,雷達(dá)發(fā)射信號參數(shù)和采樣頻率不變,則仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 多域復(fù)合調(diào)制干擾“隱真示假”效果

由仿真結(jié)果可知,多域復(fù)合調(diào)制靈巧干擾可以形成一個遠(yuǎn)高于目標(biāo)回波幅度的假目標(biāo),以及一定距離段上與目標(biāo)幅度相近的噪聲,它同時實施壓制干擾和欺騙干擾,掩蓋真實目標(biāo)回波信號同時給出一個假目標(biāo)信號,從而使跟蹤器發(fā)生錯誤動作。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中圍繞雷達(dá)的電子干擾與反干擾斗爭從來沒有停止,而且在矛盾斗爭中不斷發(fā)展。未來的電子干擾技術(shù)必將趨于組合化、精確化和智能化,時域、頻域、空域、功率域、極化域等多域復(fù)合調(diào)制的靈巧干擾也必將成為其重要手段。

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