基于DRFM的欺騙干擾仿真研究

文/張路左迪虎呂建銓

基于DRFM的欺騙干擾仿真研究

文/張路1左迪虎2呂建銓3

基于某設(shè)備的需求，本文開展了對(duì)基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的雷達(dá)干擾技術(shù)進(jìn)行分析和仿真，首先分析了基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)的干擾設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)包括延時(shí)干擾、移頻干擾等欺騙式干擾進(jìn)行建模，并仿真驗(yàn)證干擾效果。

DRFM 欺騙干擾 延時(shí)干擾 移頻干擾

1 引言

作為某設(shè)備的核心部件，本文研究的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器在收集大量文獻(xiàn)和相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的雷達(dá)干擾技術(shù)進(jìn)行分析和仿真，本文在研究干擾原理、儲(chǔ)欺騙式干擾的基礎(chǔ)上，距離欺騙干擾和速度欺騙干擾進(jìn)行了建模，并仿真驗(yàn)證干擾效果。

2 基于DRFM的干擾設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

基于DRFM的干擾設(shè)備是利用數(shù)字射頻存儲(chǔ)設(shè)備把攔截到的雷達(dá)信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)字存儲(chǔ)器中，通過適當(dāng)?shù)母蓴_調(diào)制產(chǎn)生干擾信號(hào)發(fā)送出去，干擾敵方雷達(dá)的檢測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，使其響應(yīng)大功率的假目標(biāo)信號(hào)，從而對(duì)真正的目標(biāo)無法進(jìn)行準(zhǔn)確的捕捉和測(cè)量，達(dá)到干擾目的。基于DRFM的干擾調(diào)制可分為模擬域調(diào)制與數(shù)字域調(diào)制，其區(qū)別在于進(jìn)行干擾調(diào)制的設(shè)備和干擾加入方式的不同，下面分別進(jìn)行介紹。

2.1 模擬域干擾調(diào)制

圖1為進(jìn)行模擬域干擾調(diào)制的干擾設(shè)備結(jié)構(gòu)，包括收發(fā)天線、偵察接收設(shè)備、數(shù)字射頻存儲(chǔ)器、DSP、干擾調(diào)制器和功率合成與波束形成部分。大致的工作過程如下：偵察接收機(jī)在雷達(dá)輻射信號(hào)時(shí)，偵察接收雷達(dá)信號(hào)存入數(shù)字射頻存儲(chǔ)器中，通過所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)該雷達(dá)的相應(yīng)信息進(jìn)行分析，這些信息應(yīng)包括雷達(dá)輻射源方位、雷達(dá)信號(hào)的各種參數(shù)和雷達(dá)的工作狀態(tài)等。雷達(dá)信息由DSP處理，判斷干擾的最佳方式。根據(jù)DSP的分析結(jié)果控制開關(guān)，從數(shù)字射頻存儲(chǔ)中讀出高精度復(fù)制的信號(hào)，通過干擾調(diào)制器加以相應(yīng)的最佳干擾調(diào)制，最后通過功率合成與波束形成網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射天線發(fā)射出去形成干擾信號(hào)，其中數(shù)字射頻存儲(chǔ)器工作于轉(zhuǎn)發(fā)方式。

2.2 數(shù)字域干擾調(diào)制

圖1：模擬域干擾調(diào)制設(shè)備

圖2：數(shù)字域干擾調(diào)制設(shè)備

圖2相比于模擬域調(diào)制的干擾設(shè)備，該干擾設(shè)備中沒有模擬域中的干擾調(diào)制器，其干擾調(diào)制在數(shù)字射頻存儲(chǔ)器內(nèi)部進(jìn)行，即數(shù)字射頻存儲(chǔ)器在復(fù)制信號(hào)時(shí)，由其內(nèi)部的干擾產(chǎn)生單元對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字比特流進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，再經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和上變頻后輸出。這種情況下的數(shù)字射頻存儲(chǔ)器的輸出信號(hào)就是在原雷達(dá)信號(hào)上加了干擾調(diào)制的干擾信號(hào)，最后經(jīng)過功率合成與波束形成網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射天線發(fā)射出去。

圖3：延時(shí)干擾

圖4：距離拖引干擾

圖5：多目標(biāo)移頻干擾

圖6：移頻干擾

3 欺騙式干擾建模與仿真

3.1 延時(shí)干擾

延時(shí)干擾是一種常見的距離欺騙干擾，通過對(duì)延遲時(shí)間的控制，能夠輸出各種距離不相同的欺騙假目標(biāo)，同時(shí)再提高輸出欺騙的信號(hào)功率，讓真目標(biāo)在功率上小于假目標(biāo)，這樣，因?yàn)閿撤嚼走_(dá)的接收機(jī)更容易對(duì)大功率的假目標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)，就能使距離欺騙干擾起到預(yù)期的成效。

3.1.1 延時(shí)引起的距離假目標(biāo)干擾

設(shè)接收機(jī)接收到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為S（t），經(jīng)過DRFM后再轉(zhuǎn)發(fā)出去的假目標(biāo)干擾信號(hào)為J（t），經(jīng)過接收機(jī)匹配濾波器傳遞函數(shù)h（t）后輸出的信號(hào)為y（t）。

在延時(shí)干擾中輸入信號(hào)的形式為：

設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過脈壓后的結(jié)果為s0（t），則：

因?yàn)閔（t）是一個(gè)時(shí)不變的系統(tǒng)，所以：

可以看出轉(zhuǎn)發(fā)干擾之后得到的脈壓效果原則上與無干擾時(shí)的情況無異，僅為幅度提高了A倍，當(dāng)t0<0時(shí)，假目標(biāo)超前，t0>0時(shí)，假目標(biāo)滯后。將掌握的雷達(dá)信號(hào)延時(shí)25us，再把幅度放大三倍，當(dāng)原信號(hào)與干擾信號(hào)同時(shí)通過匹配濾波器后的輸出如圖3所示。

從圖3中不難得出，假目標(biāo)比真目標(biāo)滯后了25us，說明干擾產(chǎn)生了效果，并在精確延時(shí)25us后轉(zhuǎn)發(fā)了干擾信號(hào)，因?yàn)楦蓴_信號(hào)的功率被放大了三倍，所以接收機(jī)接收到的假目標(biāo)在幅度上蓋過了真目標(biāo)，假目標(biāo)更容易被接收機(jī)誤判為真實(shí)目標(biāo)信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欺騙干擾的目的。由于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器具有長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)輸入信號(hào)的特點(diǎn)，因此可以在雷達(dá)的脈沖間隔內(nèi)按照脈沖復(fù)制方式制造若干和真實(shí)回波相干但延時(shí)不同的假目標(biāo)，這樣就可以使真目標(biāo)在面對(duì)敵方雷達(dá)時(shí)更加安全。

3.1.2 延時(shí)距離拖引干擾

距離欺騙干擾包含距離假目標(biāo)與距離拖引干擾，距離假目標(biāo)可被看作距離拖引干擾的特殊表現(xiàn)，距離拖引干擾能夠作用于不同測(cè)距體制的雷達(dá)系統(tǒng)上，其基本原理是周期性的把干擾假目標(biāo)信號(hào)由真實(shí)目標(biāo)位置逐步拖引至假目標(biāo)位置，用來干擾敵方雷達(dá)距離跟蹤波門。

依據(jù)雷達(dá)延時(shí)測(cè)距原理，把干擾信號(hào)在距離上的變化轉(zhuǎn)化為在時(shí)延上的變化，得到：

從圖4可以看出，在0.2ms開始拖引之前，干擾信號(hào)在信號(hào)形式上與目標(biāo)信號(hào)完全相同，僅對(duì)目標(biāo)信號(hào)實(shí)施了幅度放大，且干擾信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)延也一樣，大致13us，和目標(biāo)距離相符，在0.2ms時(shí)開始拖引，干擾信號(hào)相對(duì)于目標(biāo)信號(hào)的差異開始顯現(xiàn)，在每個(gè)脈沖周期內(nèi)干擾信號(hào)的時(shí)延相對(duì)于發(fā)射信號(hào)在逐步提高，由于目標(biāo)信號(hào)和發(fā)射信號(hào)在時(shí)間上不變，所以干擾信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)在距離上漸漸拉大，可以看出，在1.6ms時(shí)，干擾信號(hào)的延時(shí)已經(jīng)和回波信號(hào)拉開了相當(dāng)大的距離，大致為25us，而此時(shí)回波信號(hào)的延時(shí)僅為大約13us，由于干擾信號(hào)在幅度上比發(fā)射信號(hào)放大了10倍，所以敵方雷達(dá)距離波門容易鎖定在干擾信號(hào)上，而真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)則被忽略，若此時(shí)關(guān)閉干擾機(jī)，則敵方雷達(dá)將由于距離門內(nèi)沒有信號(hào)而又回到搜索狀態(tài)，此過程和理論分析時(shí)的過程基本一致。

3.2 移頻干擾

移頻干擾指的是把輸入信號(hào)的載頻向下或向上移動(dòng)至期望的數(shù)值，令輸入信號(hào)的頻率為f0，通過移頻調(diào)制后的輸出頻率為f0+fc，其中fc即為干擾移頻，基于DRFM的干擾要求移頻調(diào)制器調(diào)節(jié)范圍為KHz量級(jí)。

基于DRFM的移頻干擾的信號(hào)形式為：

就是在原信號(hào)s(t)的基礎(chǔ)上乘上一個(gè)移頻量。

依據(jù)FFT變換的法則，時(shí)域和頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

在對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)實(shí)施移頻干擾時(shí)，依據(jù)移頻量的不同，能夠引起速度干擾和距離干擾。

由于DRFM有長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)雷達(dá)信號(hào)的特性，因此能夠同時(shí)產(chǎn)生頻移量不同的干擾信號(hào)，使地方雷達(dá)更難以檢測(cè)到真實(shí)目標(biāo)，干擾如圖5所示。

圖5中藍(lán)色線為真實(shí)目標(biāo)信號(hào)，為了便于觀察，移頻量fd分別設(shè)為正向的0.1～0.4B和負(fù)向的0.1～0.4B，干擾信號(hào)將分別滯后和超前真實(shí)目標(biāo)將幅度歸一化之后，能夠直觀看出只要發(fā)射的若干個(gè)頻移不同的大功率假目標(biāo)信號(hào)之間的頻移間隔足夠小（控制在KHz量級(jí)），就可以將真實(shí)目標(biāo)掩蓋，這種情況下敵方雷達(dá)將更難以準(zhǔn)確捕捉到真實(shí)目標(biāo)信號(hào)，以此對(duì)真實(shí)目標(biāo)提供更全面的保護(hù)。

我們對(duì)調(diào)制帶寬B=40MHz的線性調(diào)頻信號(hào)分別做正向移頻和負(fù)向移頻，同時(shí)把移頻干擾信號(hào)的幅度放大三倍，雷達(dá)信號(hào)和移頻干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入匹配濾波器后的輸出如圖6所示。

由圖6能夠得出，將目標(biāo)信號(hào)分別正向移頻干擾和負(fù)向移頻1MHz后，干擾信號(hào)分別形成了滯后于真目標(biāo)和超前于真目標(biāo)的假目標(biāo)干擾，而且因?yàn)閷?duì)干擾信號(hào)能量放大了三倍，雷達(dá)接收機(jī)通常會(huì)響應(yīng)能量更大的假目標(biāo)信號(hào)，所以能夠?qū)嵤┯行У木嚯x假目標(biāo)干擾。

4 結(jié)束語

本文研究了基于DRFM的欺騙性干擾方法，研究了延時(shí)干擾和移頻干擾：經(jīng)過延時(shí)后的LFM信號(hào)和匹配濾波器仍然是匹配的，所以延時(shí)干擾可產(chǎn)生高度逼真的距離欺騙，控制延時(shí)時(shí)間可以產(chǎn)生不同距離的假目標(biāo)欺騙，也可以產(chǎn)生距離拖引干擾來擾亂雷達(dá)的距離跟蹤波門；移頻干擾根據(jù)移頻量的大小可以形成速度欺騙干擾（KHz量級(jí)）或距離欺騙干擾（MHz量級(jí)）?？刂埔祁l量的線性變化也可以產(chǎn)生速度/距離拖引干擾，當(dāng)移頻量隨機(jī)變化時(shí)，可以引起速度/距離跟蹤波門的隨機(jī)擺動(dòng)。

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作者單位
1.空軍預(yù)警學(xué)院 湖北省武漢市 430019
2.95174部隊(duì) 湖北省武漢市 430019
3.94895部隊(duì)湖 北省武漢市 430019

張路（1982-），男，碩士學(xué)位。講師。主要研究方向?yàn)楣虘B(tài)大功率合成、頻率合成等。