基于多普勒的欺騙干擾識(shí)別方法*

單　涼，張劍云，周青松

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

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基于多普勒的欺騙干擾識(shí)別方法*

單涼，張劍云，周青松

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的不斷發(fā)展，欺騙干擾效果日益增強(qiáng)，距離-速度同步欺騙干擾難以被識(shí)別。分析了干擾機(jī)對(duì)多普勒信息調(diào)制時(shí)存在的問題，提出基于多普勒頻率的欺騙干擾識(shí)別方法。當(dāng)雷達(dá)多普勒檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù)小于干擾機(jī)多普勒調(diào)制脈沖個(gè)數(shù)分辨率時(shí)，能夠?qū)λ俣染S的欺騙干擾進(jìn)行有效識(shí)別。

多普勒；欺騙干擾；識(shí)別

0　引言

1　多普勒頻率測(cè)量

根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)雷達(dá)和空間目標(biāo)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化。

假設(shè)發(fā)射信號(hào)表示為：

(1)

式中，ωt為發(fā)射角頻率，φ為初始相位，A為振幅。

接收到的目標(biāo)回波信號(hào)為：

(2)

式中，tr=2R/c，其中R為目標(biāo)和雷達(dá)間的距離，c為光速，k為回波的衰減系數(shù)。

若目標(biāo)固定不動(dòng)，則距離R為常數(shù)，目標(biāo)回波與發(fā)射信號(hào)之間的相位差為：

(3)

當(dāng)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)與雷達(dá)的距離R、時(shí)間t和相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度vr的函數(shù)為：

老徐不老，今年32歲，留心到他這個(gè)人的特別之處，是因?yàn)榭吹搅怂牟┛停骸皠倧男陆畾w，跑了27天長(zhǎng)途，發(fā)現(xiàn)四個(gè)輪子上的凸凹都快磨平了，車是租來的，跑成這個(gè)樣子肯定沒法還，四個(gè)人湊了兜里所有的錢，給車換輪子?！?/p>

(4)

式中，R0為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)時(shí)與目標(biāo)間的初始距離；vr為目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)站的徑向運(yùn)動(dòng)速度。雷達(dá)t時(shí)刻接收到的回波sr(t)是在t-tr時(shí)刻發(fā)射的，由于雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度vr相較于電磁波速度c可以忽略，故時(shí)延tr可近似寫為：

(5)

回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比會(huì)產(chǎn)生高頻相位差：

φd=-ωttr=-ω0(2/c)(R0-vrt)=-2π(2/λ)·(R0-vrt)

(6)

對(duì)應(yīng)的頻率差：

(7)

即為多普勒頻率[9]。

現(xiàn)實(shí)中，多普勒頻率遠(yuǎn)小于信號(hào)發(fā)射頻率，如果直接測(cè)量頻率將會(huì)難以分辨多普勒頻率，所以對(duì)于脈沖多普勒雷達(dá)，需要通過其高頻相位差精確檢測(cè)多普勒頻率。

脈沖工作時(shí)，相鄰重復(fù)周期運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波與基準(zhǔn)電壓之間的相位差是變化的，其變化量為：

(8)

式中，Δtr為相鄰重復(fù)周期由于雷達(dá)和目標(biāo)間距離的改變而引起兩次信號(hào)延遲時(shí)間的差別。相鄰重復(fù)周期延時(shí)時(shí)間的變化量Δtr=2ΔR/c=2vrTr/c是很小的數(shù)量，但是當(dāng)反應(yīng)到高頻相位時(shí)，Δφ=ω0Δt就會(huì)產(chǎn)生很靈敏的反應(yīng)。利用相鄰重復(fù)周期回波信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間相位差的變化來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，相位檢波將高頻的相位差轉(zhuǎn)化為輸出信號(hào)的幅度變化。

圖1為脈沖雷達(dá)方框示意圖，可以看出連續(xù)振蕩器的輸出以及接收回波作為接收機(jī)相位檢波器的輸入。

圖1　脈沖雷達(dá)方框圖

圖2為各主要點(diǎn)的波形，相位檢波器輸入端所加連續(xù)的基準(zhǔn)電壓uk：uk=Uksin(ωtt+φ)，其頻率和起始相位均與發(fā)射信號(hào)相同，回波信號(hào)ur：ur=Ursin(ωt(t-tr)+φ)。經(jīng)檢波器的輸出信號(hào)為:u=KdUk(1+mcosφ′)=U0(1+mcosφ′)，式中U0為直流分量，為基準(zhǔn)電壓經(jīng)檢波后的輸出，公式為檢波后的信號(hào)分量，表示相位檢波器輸出的回波信號(hào)的包絡(luò)。圖3給出了相位檢波器的輸出波形圖。

圖2　各主要點(diǎn)波形圖

圖3　相位檢波器的輸出波形圖

對(duì)于固定目標(biāo)，相位差φd=ωttr=ωt(2R/c)是常數(shù)，合成矢量的幅度不變化，檢波后隔去直流分量可得到一串等幅脈沖。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，相位差隨時(shí)間變化：

(9)

合成矢量為基準(zhǔn)電壓Uk及回波信號(hào)相加，經(jīng)檢波及隔去直流分量后得到脈沖信號(hào)的包絡(luò)為：

U0mcosφ′=U0cos(2ωt/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ′)

(10)

回波脈沖的包絡(luò)調(diào)制頻率為多普勒頻率。

2　多普勒調(diào)制存在的問題

對(duì)于早期的距離拖引干擾，干擾本身沒有調(diào)制多普勒信息，將目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間微分，估算出速度，與測(cè)量多普勒頻率對(duì)應(yīng)速度比較，當(dāng)兩者差值超過一定門限值時(shí)，就判定次信號(hào)為欺騙干擾信號(hào)[10]。隨著距離-速度同步干擾的增多，以及DRFM的發(fā)展應(yīng)用，虛假目標(biāo)已經(jīng)攜帶與自身虛假速度一致的多普勒頻率，以往的速度匹配法不再適用[11-12]。DRFM干擾機(jī)產(chǎn)生的欺騙干擾信號(hào)為達(dá)到與真實(shí)目標(biāo)的一致性，需要對(duì)發(fā)射的欺騙干擾信號(hào)調(diào)制多普勒信息，但是受限于DRFM的調(diào)制分辨率，不可能對(duì)每一個(gè)脈沖進(jìn)行如此精細(xì)的頻率偏移調(diào)制，只能在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)一段脈沖批量調(diào)制多普勒信息，如圖4所示。

圖4　干擾機(jī)調(diào)制多普勒信息

由圖4可知，干擾機(jī)對(duì)發(fā)射信號(hào)的多普勒信息調(diào)制僅對(duì)一組脈沖進(jìn)行頻率調(diào)制。

假設(shè)運(yùn)動(dòng)干擾平臺(tái)發(fā)射欺騙干擾信號(hào)為：

(11)

式中，vjt為干擾機(jī)調(diào)制在一組發(fā)射信號(hào)脈沖上的虛假多普勒信息。

φdj=-ωttr+vjt=-ωt(2/c(R0-vrt))+vjt=-2π(2/λ(R0-vrt))+vjt

(12)

但是在干擾機(jī)分辨率內(nèi)的一組脈沖中，vjt相當(dāng)于常數(shù)fj，此時(shí)fdj=(1/2π)(dφ/dt)=2/λvr，雷達(dá)不會(huì)受到干擾機(jī)調(diào)制的虛假多普勒信息影響。

當(dāng)相位檢波器檢波的脈沖個(gè)數(shù)小于干擾機(jī)調(diào)制多普勒信息一組脈沖個(gè)數(shù)時(shí)，如圖5所示，此時(shí)雷達(dá)對(duì)多普勒頻率的檢測(cè)為：U0mcosφ=U0cos(2ω0/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ0-fj)，雷達(dá)只會(huì)檢測(cè)到干擾機(jī)平臺(tái)自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻率。雷達(dá)檢測(cè)到干擾機(jī)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度，一旦干擾機(jī)虛擬的欺騙干擾目標(biāo)加速或減速拖引離開自身時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度與多普勒頻率不匹配的情況，可以據(jù)此識(shí)別欺騙干擾。

圖5　欺騙干擾相位檢波示意圖

3　欺騙干擾識(shí)別

由此可以對(duì)雷達(dá)目標(biāo)的多普勒信息與速度進(jìn)行匹配，匹配成功則認(rèn)為是真實(shí)目標(biāo)，否則視為干擾機(jī)產(chǎn)生的欺騙干擾信號(hào)，在下一步雷達(dá)航跡濾波時(shí)予以濾除。

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射頻率ft=1 GHz，存在真實(shí)飛行目標(biāo)與隨機(jī)欺騙干擾，構(gòu)建雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)速度匹配線，將目標(biāo)的估算速度與檢測(cè)的多普勒頻率對(duì)應(yīng)速度進(jìn)行檢測(cè)，如圖6所示。

圖6　檢測(cè)示意圖

由圖6可以看出，本方法可以對(duì)速度匹配不一致的欺騙干擾進(jìn)行有效識(shí)別。

4　結(jié)束語

本文提出了基于多普勒的欺騙干擾識(shí)別方法，該方法利用干擾機(jī)在虛假多普勒頻率調(diào)制時(shí)存在的分辨率問題，當(dāng)雷達(dá)進(jìn)行多普勒檢測(cè),脈沖個(gè)數(shù)小于干擾機(jī)調(diào)制分辨率時(shí)，即雷達(dá)對(duì)多普勒檢測(cè)性能優(yōu)于DRFM干擾機(jī)對(duì)多普勒調(diào)制性能時(shí)，可以有效濾除虛假多普勒信息，利用目標(biāo)距離數(shù)據(jù)微分的估算速度與實(shí)測(cè)多普勒對(duì)應(yīng)速度匹配可以有效識(shí)別欺騙干擾?！?/p>

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A method to identify the deception jamming based on Doppler

Shan Liang, Zhang Jianyun, Zhou Qingsong

(Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, Anhui, China)

With the development of the digital radio frequency memory(DRFM)， the deception jamming becomes stronger， so the distance-speed deception jamming could not be identified.The problems existed in the modulation of Doppler information by the jammer are analyzed, and the method to identify the deception jamming based on Doppler is also proposed.When radar Doppler detection with less pulses than the jammer Doppler modulate pulses, the method could identify the deception jamming successfully on the speed.

Doppler; deception jamming; identify

安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目(1310115188)

2015-12-03；2016-02-28修回。

單涼(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理。

TN97

A