基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號(hào)產(chǎn)生方法

朱澤鋒,張 軍,孟 凱

(中國(guó)人民解放軍91913部隊(duì)，遼寧 大連 116041)

【信息科學(xué)與控制工程】

基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號(hào)產(chǎn)生方法

朱澤鋒,張 軍,孟 凱

(中國(guó)人民解放軍91913部隊(duì)，遼寧 大連 116041)

基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號(hào)的產(chǎn)生方法產(chǎn)生的干擾信號(hào)具有距離連續(xù)可變、速度可控等特性，能在雷達(dá)回波信號(hào)中疊加多種噪聲信號(hào)模擬復(fù)雜電磁環(huán)境，具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性，可用于雷達(dá)模擬訓(xùn)練、跟蹤性能檢測(cè)以及抗干擾實(shí)驗(yàn)。

DRFM；脈沖雷達(dá)；干擾信號(hào)

作為在軍事領(lǐng)域廣泛使用的脈沖雷達(dá)，其效能發(fā)揮如何取決于操作人員的日常訓(xùn)練水平，但由于受訓(xùn)練環(huán)境因素不可控、實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景難再現(xiàn)和動(dòng)態(tài)合作目標(biāo)少等諸多復(fù)雜因素的制約，實(shí)操人員在常規(guī)訓(xùn)練中不能針對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行有效訓(xùn)練[1-2]。為有效解決存在的問題，提高裝備訓(xùn)練水平，本研究提出了一種基于DRFM技術(shù)的脈沖雷達(dá)干擾信號(hào)產(chǎn)生方法。該方法首先對(duì)脈沖雷達(dá)搜索到的信號(hào)頻譜進(jìn)行有效存儲(chǔ)，然后對(duì)對(duì)所記錄的頻譜進(jìn)行延時(shí)和調(diào)頻、調(diào)相處理，產(chǎn)生新的距離信息、速度信息和角度偏移信息等，且在模擬信號(hào)中可附加目標(biāo)特征信息和復(fù)雜電磁環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)實(shí)時(shí)工作過程的全模擬，借此提升訓(xùn)練水平及檢驗(yàn)雷達(dá)工作性能。

1 數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)

數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)可完整地存儲(chǔ)接收雷達(dá)信號(hào)的相位信息等特征[3]。其主要工作過程可分為以下幾步：① 將接收到的雷達(dá)信號(hào)下變頻到基帶，再將基帶模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采樣存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；② 對(duì)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和濾波等處理后，將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行上變頻轉(zhuǎn)換為射頻型號(hào)，將信號(hào)輸出。如果上、下變頻器采用相同的本振源，則輸出信號(hào)即為出入信號(hào)的模擬信號(hào)，可通過一定的設(shè)置實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)連續(xù)可調(diào)；③ 在利用DRFM技術(shù)產(chǎn)生模擬回波信號(hào)的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字噪聲調(diào)制技術(shù)(如：噪聲調(diào)幅、噪聲調(diào)相等)，可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)上攜帶不同類型的噪聲信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常雷達(dá)回波信號(hào)的干擾；④ 結(jié)合數(shù)字卷積濾波器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣信號(hào)的數(shù)字濾波處理，應(yīng)用該技術(shù)可以產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo)干擾信號(hào)。原理框圖如圖1。

圖1 DRFM方案原理框圖

2 基于DRFM的干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)方法

2.1 總體框圖

最初，DRFM技術(shù)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字式存儲(chǔ)、復(fù)制，通過研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)DRFM可以用來(lái)存儲(chǔ)脈沖壓縮信號(hào)，并且該技術(shù)具有可以實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)和被干擾信號(hào)相干性的特點(diǎn)[5]。

根據(jù)Nyquist采樣定理[4]，若選擇的采樣速率滿足要求，則采樣信號(hào)將包含目標(biāo)信號(hào)的所有信息；如果上、下變頻器采用相同的采樣速率，則輸出射頻信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)具有相同的特征信息，只是加入了一個(gè)連續(xù)可調(diào)的延遲。采用DRFM技術(shù)的干擾信號(hào)模擬總體框圖如圖2。

圖2 干擾信號(hào)模擬總體框圖

改變本振信號(hào)的工作頻率可以產(chǎn)生不同的采樣信號(hào)；改變存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)的寫入和讀出時(shí)間，可產(chǎn)生不同距離的干擾信號(hào)；通過改變干擾器調(diào)制器的參數(shù)信息可以產(chǎn)生不同的干擾類型，具體的工作頻率和距離信息由主控器產(chǎn)生。

2.2 采樣數(shù)據(jù)全脈沖存儲(chǔ)技術(shù)

全脈沖存儲(chǔ)技術(shù)可以看作是將目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行完整存儲(chǔ)，工作時(shí)對(duì)存儲(chǔ)信息進(jìn)行處理，并按一定規(guī)律讀出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生干擾信號(hào)。采用全脈沖存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生的信號(hào)與輸入信號(hào)具有相同的頻率，即相參性很高[6]。由于對(duì)目標(biāo)信號(hào)的存儲(chǔ)非常完整，因此可對(duì)其細(xì)微特征進(jìn)行分析，所有該方法常用語(yǔ)對(duì)負(fù)責(zé)信號(hào)的存儲(chǔ)。

文中主要研究對(duì)目標(biāo)信號(hào)的模擬，運(yùn)用DRFM技術(shù)對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行采樣存儲(chǔ)[7-8]，根據(jù)需要疊加距離、速度和噪聲信號(hào)，經(jīng)延時(shí)后再還原成高頻信號(hào)輸出，以供日常訓(xùn)練時(shí)模擬目標(biāo)信號(hào)使用，存儲(chǔ)容量的大小取決于采樣速率和脈沖寬度。脈沖雷達(dá)相對(duì)于連續(xù)波雷達(dá)而言數(shù)據(jù)量有限，所以只需要一定容量的存儲(chǔ)器就可以解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。

2.3 可控延時(shí)電路設(shè)計(jì)

輸入、輸出數(shù)據(jù)的時(shí)延取決于讀、寫地址的時(shí)間間隔，因此，干擾信號(hào)的距離和精度取決于讀地址和寫地址之間的時(shí)間延遲。為了實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)距離大、精度高的要求，本文給出了一種將延遲時(shí)間分成低位和高位依次實(shí)現(xiàn)的方案。

同步雙口存儲(chǔ)器可用超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言(VHDL)進(jìn)行描述，通過控制寫清零定時(shí)器產(chǎn)生的多個(gè)清零脈沖，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同延時(shí)[9]。直接采樣法可以實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)較大范圍可控延遲量，即可實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)延時(shí)范圍大、精度高(對(duì)應(yīng)延遲量高位)的要求；干擾信號(hào)的精確延時(shí)(對(duì)應(yīng)延遲量低位)可采用數(shù)字可編程延時(shí)器AD9501實(shí)現(xiàn)。為有效防止模擬回波信號(hào)與輸入信號(hào)脈沖寬度不一致，文中采用AD9501技術(shù)對(duì)輸出信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整?？煽匮舆t電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 可控延時(shí)電路結(jié)構(gòu)

3 干擾信號(hào)距離、速度和角度偏移信息的產(chǎn)生

3.1 單目標(biāo)距離干擾

脈沖雷達(dá)是通過測(cè)量雷達(dá)發(fā)射信號(hào)sT(t)與接收信號(hào)sR(t) 之間的延遲tr測(cè)量目標(biāo)之間的距離，tr=2R/C，C為電磁波的傳播速度。干擾信號(hào)是通過對(duì)接收到的雷達(dá)反射信號(hào)進(jìn)行一定的調(diào)制和放大。

通常，tf由兩部分組成，即

(1)

其中：tf0是由雷達(dá)與目標(biāo)模擬器之間的距離Rj所產(chǎn)生的時(shí)延；Δtf是目標(biāo)模擬器接收到雷達(dá)發(fā)射信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行一定處理所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。

圖4 脈沖雷達(dá)距離假目標(biāo)干擾

基于DRFM技術(shù)的雷達(dá)干擾信號(hào)模擬器工作于應(yīng)答模式時(shí)，可用于產(chǎn)生距離假目標(biāo)干擾，其工作原理如下：首先模擬器接收機(jī)檢測(cè)到雷達(dá)信號(hào)脈沖前沿，由此激發(fā)模擬器對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；然后對(duì)存儲(chǔ)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的延時(shí)，并對(duì)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行所需調(diào)制后將模擬雷達(dá)回波信號(hào)發(fā)射出去。

對(duì)脈沖雷達(dá)實(shí)施延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)干擾，將接收到的雷達(dá)信號(hào)延時(shí)1 μs，并將其幅度放大1.5倍，干擾效果如圖5所示。

圖5 對(duì)脈沖雷達(dá)的距離欺騙干擾

3.2 多目標(biāo)距離干擾

若要產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo)干擾信號(hào)對(duì)脈沖雷達(dá)進(jìn)行有效干擾，可采用卷積濾波器實(shí)現(xiàn)。卷積濾波器包含F(xiàn)IR(Finite Impulse Response，有限脈沖響應(yīng))和IIR(Infinite Impulse Response，無(wú)限脈沖響應(yīng))兩種實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于FIR濾波器

(2)

圖6 FIR濾波器結(jié)構(gòu)框圖

對(duì)于IIR濾波器

Y(n)=ω0X(n)+ωY(n-k)=

(3)

圖7 IIR濾波器結(jié)構(gòu)框圖

通過卷積濾波器產(chǎn)生的多個(gè)假目標(biāo)干擾信號(hào)，很好地保存了雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的特性，通過改變延遲時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度，可以產(chǎn)生多個(gè)不同位置、幅度不同的假目標(biāo)干擾信號(hào)。由于假目標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)具有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此假目標(biāo)信號(hào)能夠順利通過雷達(dá)接收機(jī)的匹配濾波、脈沖積累等后端信號(hào)處理，從而可以產(chǎn)生多個(gè)不同峰值、距離不同的雷達(dá)回波信號(hào)。

本文仿真產(chǎn)生了4個(gè)假目標(biāo)干擾信號(hào)，延遲時(shí)間分別取為1 μs、3 μs、5 μs、7 μs，幅度分別為真目標(biāo)的1.5、1.2、1.7、2倍，干擾效果圖如圖8所示。從仿真圖中可以看出，通過設(shè)置不同的延遲時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度，可以產(chǎn)生多個(gè)與雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)相似的假目標(biāo)信號(hào)，且很難區(qū)分，因此此種方法能產(chǎn)生很好的干擾效果。

圖8 對(duì)脈沖雷達(dá)的多假目標(biāo)干擾

3.3 速度干擾

雷達(dá)通過測(cè)量目標(biāo)回波信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)之間的多普勒頻移fd來(lái)檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)的速度信息。因此，要想產(chǎn)生速度不同的假目標(biāo)干擾信號(hào)，可以通過對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常主要通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)相和調(diào)頻實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)速度信息的改變。

通常采用數(shù)字正交混頻的方式實(shí)現(xiàn)多普勒頻率調(diào)制，實(shí)現(xiàn)方法如圖9所示。

圖9 多普勒頻率調(diào)制

若采樣后雷達(dá)的回波信號(hào)為：s(t)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]，則進(jìn)行正交變換后的同相分量(I)為：sI(t)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]，正交分量(Q)為：sQ(t)=a(n)sin[2π·f0n+φ(n))]。采用直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生cos(2π·fdn)和sin(2π·fdn)的數(shù)字信號(hào)，然后將它們分別與同相分量sI(t)和正交分量sQ(t)相乘，并將得到的兩路信號(hào)相減得：

sj(n)=sI(n)cos(2π·fdn)-sQ(n)sin(2π·fdn)=a(n)cos[2π·f0n+φ(n)]cos(2π·fdn)-a(n)sin[2π·f0n+φ(n)]sin(2π·fdn)=a(n)cos[2π·(f0+fd)n+φ(n)]

(4)

通過式(4)可以看出，輸出信號(hào)sj(n)相比回波信號(hào)s(n)多了一個(gè)多普勒頻移分量fd。由此可見，只要控制直接數(shù)字式頻率合成器的輸出頻率，即可合成產(chǎn)生多個(gè)不同的多普勒頻移，形成多個(gè)具有不同速度的假目標(biāo)干擾信號(hào)。本研究仿真分析了對(duì)脈沖雷達(dá)進(jìn)行速度干擾的效果如圖10所示。從圖10可以看出，通過模擬雷達(dá)回波信號(hào)的幅度和多普勒頻移，可產(chǎn)生多個(gè)與目標(biāo)回波信號(hào)相似的假目標(biāo)干擾信號(hào)。

圖10 對(duì)脈沖雷達(dá)的假多普勒頻率干擾

3.4 角度干擾

圖11為基于DRFM的角度欺騙干擾系統(tǒng)的基本組成，本系統(tǒng)由收發(fā)天線、伺服系統(tǒng)、偵查引導(dǎo)分機(jī)、干擾信號(hào)模擬分機(jī)、信號(hào)處理分機(jī)、雷達(dá)信號(hào)模擬分機(jī)、控制與顯示分機(jī)、輔助系統(tǒng)等組成。

接收天線接收雷達(dá)的射頻信號(hào)，經(jīng)偵查引導(dǎo)分機(jī)檢測(cè)和測(cè)量輻射源信號(hào)后，分別提供給干擾信號(hào)模擬分機(jī)和信號(hào)處理分機(jī)，信號(hào)處理分機(jī)完成輻射源檢測(cè)、信號(hào)調(diào)制分析和電波監(jiān)測(cè)，提交控制與顯示分機(jī)。干擾信號(hào)模擬分機(jī)根據(jù)控制命令輸出小功率干擾信號(hào)，從發(fā)射天線輻射輸出。雷達(dá)信號(hào)模擬分機(jī)用于系統(tǒng)自檢。

圖11 系統(tǒng)的基本組成

圖12為基于DRFM針對(duì)單脈沖雷達(dá)實(shí)施角度欺騙干擾的實(shí)現(xiàn)方式，首先利用DRFM技術(shù)對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行復(fù)制、存儲(chǔ)，經(jīng)調(diào)制后輸出干擾信號(hào)。該干擾信號(hào)經(jīng)功分器分成兩路信號(hào)，分別由發(fā)射天線發(fā)送出去。其中一路信號(hào)在發(fā)射前進(jìn)行調(diào)相處理，使兩路信號(hào)到達(dá)發(fā)射雷達(dá)時(shí)，其疊加波束能產(chǎn)生相位波前面的畸形，使其雷達(dá)天線瞄準(zhǔn)軸偏離目標(biāo)，從而產(chǎn)生干擾。

圖12 基于DRFM的角度欺騙干擾實(shí)現(xiàn)方式

4 結(jié)束語(yǔ)

利用DRFM技術(shù)能夠完整保留輸入信號(hào)頻率和相位等細(xì)微特征的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)戰(zhàn)中脈沖雷達(dá)跟蹤目標(biāo)信號(hào)的頻譜采樣記錄，并將采樣信號(hào)作為目標(biāo)信號(hào)模擬器的調(diào)制信號(hào)，通過疊加特定的時(shí)域、頻域信息，可完整重現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)環(huán)境。另外，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可對(duì)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行延時(shí)、調(diào)制等處理，實(shí)現(xiàn)將假目標(biāo)信息、多普勒頻移和各類干擾信號(hào)疊加至干擾信號(hào)上，模擬產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的訓(xùn)練條件，便于裝備操管人員在日常訓(xùn)練中熟悉實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，提升判別真假目標(biāo)的能力。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

Research on Generating Method of Pulse Radar Jamming Signal Based on DRFM

ZHU Ze-feng, ZHANG Jun, MENG Kai

(The No. 91913rdTroop of PLA, Dalian 116041, China)

A method of generating pulse radar target simulation signal based on DRFM was proposed. This approach was to generate a target analog signal with distance continuously variable and speed controllable, and can simulate complex electromagnetic environment in the radar echo signal by superimposing noise signal, and has strong versatility and scalability, and can be used in radar simulation training, detection and tracking performance and anti-jamming experiments.

DRFM; impulse radar; interference signal

2016-07-22；

朱澤鋒(1976—)，男，高級(jí)工程師，主要從事復(fù)雜環(huán)境中的電子干擾研究，E-mail:metrix_yt@163.com。

10.11809/scbgxb2016.12.021

朱澤鋒,張軍,孟凱.基于DRFM的脈沖雷達(dá)干擾信號(hào)產(chǎn)生方法[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(12):90-94.

format:ZHU Ze-feng, ZHANG Jun, MENG Kai.Research on Generating Method of Pulse Radar Jamming Signal Based on DRFM[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(12):90-94.

TN95

A

2096-2304(2016)12-0090-05

修回日期：2016-08-19