基于移頻濾波的脈壓雷達抗干擾方法*

粘朋雷**1，路翠華

(1.解放軍91550部隊91分隊，遼寧 大連 116023；2.海軍航空大學 七系，山東 煙臺 264001)

基于移頻濾波的脈壓雷達抗干擾方法*

粘朋雷**1，路翠華2

(1.解放軍91550部隊91分隊，遼寧 大連 116023；2.海軍航空大學 七系，山東 煙臺 264001)

針對線性調頻(LFM)脈沖壓縮雷達易受移頻欺騙干擾影響的問題，提出了基于移頻檢測的起始頻率捷變LFM雷達抗干擾方法。通過分析匹配濾波器參考函數(shù)、目標回波信號和干擾信號在頻域的相對位置，利用脈間LFM信號起始頻率不同的特點，將接收信號進行移頻，使得目標回波信號分量無脈壓輸出，從而確定干擾信號分量在時域的位置，通過時域選通對未進行移頻的接收信號脈壓結果中的干擾進行濾除達到抗干擾目的。仿真分析了移頻檢測抗干擾性能，結果驗證了所提方法的有效性。

脈沖壓縮雷達；線性調頻；移頻干擾；干擾抑制

1 引 言

線性調頻(Linear Frequency Modulation LFM)脈沖信號以其高的探測距離和距離分辨率，越來越多地被應用于高分辨雷達設備中。脈沖壓縮技術由于可獲得很高的處理增益，線性調頻雷達多應用脈沖壓縮技術進行回波信號處理。隨著DSP、DDS、DRFM等數(shù)字器件應用于先進的干擾設備，使得各種雷達信號很容易被識別后存儲轉發(fā)，對雷達產(chǎn)生有效的欺騙干擾[1-3]。特別是由于LFM信號的時頻耦合特性，通過對接收到的LFM信號疊加不同的多普勒頻率，可以產(chǎn)生較強的干擾效果[4-5]，而且根據(jù)頻偏大小可形成欺騙干擾和壓制干擾效果[6]。

文獻[7]通過分析移頻干擾對線性調頻脈沖壓縮雷達的干擾效果和原理，提出了基于FrFT的抗線性函數(shù)移頻干擾算法。文獻[8]也是通過LFM信號在分數(shù)階傅里葉域中的不同對干擾信號進行辨識，從而達到抗干擾的效果，但是，由于FrFT的運算量比較大，因此需要對抗干擾方法進行進一步改進。根據(jù)文獻[9-11]提出的脈間調頻率抖動抗干擾方法，本文提出起始頻率捷變的LFM雷達抗干擾方法。由于起始頻率捷變的LFM雷達在不同周期發(fā)射信號的調頻斜率不變，脈沖寬度不變，但起始頻率是不同的，因此目標回波信號和干擾信號在頻域中的位置是不同的，而且移頻值不同，頻域的重疊也不同。根據(jù)目標回波信號、干擾信號和匹配濾波器參考函數(shù)(脈沖響應函數(shù))在頻域的重疊度不同，對目標回波信號和假目標欺騙干擾信號進行區(qū)分可達到干擾抑制的目的。

2 移頻檢測原理

雷達第n個脈沖周期發(fā)射的LFM信號可表示為

(1)

脈沖壓縮雷達的脈壓一般都較大，因此匹配濾波器參考信號的頻譜函數(shù)可近似表示為

(2)

第n個脈沖周期時，干擾設備利用此前第m個脈沖周期的雷達信號生成干擾信號，與第n個脈沖周期的雷達信號同時進入雷達接收機，接收信號可表示為

xn(t)=sn(t-τn)+jn(t-τjn)=

sn(t-τn)+Ajsm(t-τjn) 。

(3)

雷達信號經(jīng)目標反射后，接收機接收到的目標回波信號的頻譜為

(4)

因此，干擾信號分量的頻譜為

(5)

在此考慮fm

(6)

其輸出信號在時域可表示為

(7)

干擾信號進入匹配濾波器輸出信號的頻譜函數(shù)可表示為

Jo(f)=Jn(f)H(f)=

(8)

對其進行傅里葉反變換得到干擾信號的脈壓輸出信號為

exp(j2πft)df=

exp(j2πft)df=

exp[jπ(t-τjn)(fm+fn)]。

(9)

比較式(6)和式(8)，由于目標回波信號與參考函數(shù)頻域完全重合，因此輸出信號帶寬為B，而干擾信號由于只與參考函數(shù)在頻域部分重合，故輸出信號頻域寬度僅為重合部分寬度B+fm-fn。由式(8)知，干擾信號脈沖壓縮輸出信號只有在fn-fm

對雷達接收信號進行頻率為fM>0的移頻處理后，其中的目標回波信號分量變?yōu)?/p>

x′(t)=x(t)exp(j2πfMt) ，

(10)

則回波信號移頻后的頻譜變?yōu)?/p>

(11)

其脈壓輸出信號的頻譜函數(shù)為

(12)

則移頻后的回波信號的脈壓輸出信號為

exp(j2πft)df=

exp[jπ(t-τn)(fM+2fn)+j2πfMτn]。

(13)

接收信號中的干擾信號分量進行頻率為fM>0的移頻處理后頻譜為

(14)

匹配濾波后脈壓輸出信號在頻域和時域表示為

(15)

exp[jπ(t-τjn)(fm+fn+fM)+j2πfMτjn]。

(16)

當fmfn時，則需fM=-B才能使目標回波信號頻譜與匹配濾波器參考函數(shù)頻譜不相關。

3 干擾信號抑制實現(xiàn)

雷達接收信號進入匹配濾波器，其實質是接收信號與濾波器參考函數(shù)進行卷積，轉化到頻域即為兩頻率函數(shù)相乘。圖1(a)為匹配濾波器參考信號、目標回波信號和欺騙干擾信號的頻域示意圖。正是由于干擾信號與參考函數(shù)帶寬相同，但是起始頻率不同，導致兩信號頻域相乘時，重合部分減少，使得干擾信號的脈沖壓縮輸出信號幅值減小，而目標回波信號由于與參考函數(shù)頻域完全重合，因此具有很好的能量聚集特性。

圖1 信號頻域示意圖Fig.1 Signal frequency domain schematic diagram

圖2 干擾抑制原理圖Fig.2 Principle of jamming suppression

對干擾抑制方法進行總結如下：

Step1 對雷達接收信號x(t)進行式(10)的移頻，移頻值為fM=B，得到移頻后信號x′(t)。

Step4 對雷達接收信號x(t)進行式(10)的移頻，移頻值為fM=-B，得到移頻后信號x′(t)，重復Step 2和Step 3，將起始頻率大于目標回波信號起始頻率(fj>fn)的干擾抑制。

4 仿真實驗及性能分析

仿真取某次雷達回波信號的脈沖寬度為T=1 μs，頻率帶寬為B=100 MHz，則調頻率為μ=100 MHz/μs，起始頻率fn=50 MHz；干擾信號起始頻率為fm=20 MHz，信干比SJR=-5 dB，信噪比SNR=0 dB；采樣率取fs=500 MHz，并假定干擾信號與回波信號同時到達雷達接收機。

4.1仿真實驗

假定在第n個脈沖周期，匹配濾波器參考函數(shù)、目標回波信號和干擾信號的頻域如圖3所示。由圖知，由于目標回波信號與干擾信號由于起始頻率不同，因此在頻域上與參考函數(shù)的相對位置也不同。目標信號與參考函數(shù)完全對應重合，而干擾信號與參考函數(shù)只是部分重合。

圖3 移頻前信號頻域圖Fig.3 Signal frequency domain before frequency shifting

圖4為雷達接收信號經(jīng)匹配濾波器后脈沖壓縮輸出，時間軸上零點取雷達接收信號與匹配濾波器參考函數(shù)卷積輸出初始時刻。

圖4 移頻前脈沖壓縮輸出圖Fig.4 Pulse compression output before frequency shifting

對雷達接收信號進行移頻后，濾波器參考函數(shù)、目標回波信號和干擾信號的頻域如圖5所示。由圖知，由于移頻使得目標信號與參考函數(shù)在頻域基本完全不對應，而干擾信號與參考函數(shù)仍有部分重合。

圖5 移頻后信號頻域圖Fig.5 Signal frequency domain after frequency shifting

圖6 移頻后脈沖壓縮輸出圖Fig.6 Pulse compression output after frequency shifting

圖7 干擾抑制后脈沖壓縮輸出圖Fig.7 Pulse compression output after jamming suppression

4.2性能分析

移頻后的脈壓輸出將直接決定著干擾信號的時延判斷，因此輸出信號的峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio，PSLR)可作為干擾抑制性能的重要因素，取PSLR為旁瓣最大值與主瓣之比。

圖8表示信干比分別為-10 dB、-15 dB和-20 dB條件下，移頻后信號的脈壓輸出PSLR隨著信噪比SNR增加時的性能曲線。隨著信噪比的增加，PSLR逐漸變小，即移頻后脈壓輸出信號旁瓣值相對于峰值減小。這是由于對接收信號進行fM=B的移頻后，回波信號幾乎無脈壓輸出，峰值主要為干擾剩余量，而噪聲對旁瓣影響比較大，而且移頻對噪聲影響比較小，因此信噪比較低時，噪聲能量比較大，移頻后輸出PSLR較高。而當SNR大于0時，由于此時噪聲能量較低，對輸出旁瓣影響較小，輸出PSLR趨于穩(wěn)定值；隨著信干比的增大，PSLR也增大。這是由于干擾信號能量降低，移頻后干擾信號剩余能量也相對較低，因此輸出PSLR較大。

圖8 PSLR與SJR的關系Fig.8 Relationship between PSLR and SJR

圖9表示信干比分別為-5 dB、-10 dB和-20 dB條件下，PSLR隨著干擾信號起始頻率fm變化的性能曲線。由于fn=50 MHz，當fm逐漸增大時，起始頻率相對將減小，對接收信號進行移頻后，干擾信號的剩余能量也將逐漸降低，因此輸出主瓣值將降低，PSLR也逐漸增大。

圖9 PSLR與fm的關系

5 結 論

本文針對脈沖壓縮雷達易受移頻欺騙干擾影響的問題，提出了移頻檢測的抗欺騙干擾方法，對干擾進行識別檢測，達到抗干擾目的。通過仿真對移頻檢測抗干擾性能進行了分析，并驗證了方法的有效性。但是，在對此方法進行仿真驗證過程中，是假定目標相對于雷達的徑向速度是一定的，如果目標具有一定的加速度，將會對算法的有效性產(chǎn)生影響，對此需要進一步研究。

[1] 王杰貴,張鵬程. 對線性調頻脈沖壓縮雷達的多載波調制轉發(fā)干擾[J]. 電子與信息學報,2015,37(11):2727-2734.

WANG Jiegui ZHANG Pengcheng. Multi-carrier modulation repeater jamming against linear frequency modulated pulse-compression radar[J]. Journal of Electronics & Information Technology,2015,37(11):2727-2734.(in Chinese)

[2] 葛青林,王瑩瑩,李靜. 一種產(chǎn)生雷達多假目標的卷積調制法[J]. 現(xiàn)代防御技術,2012，40(1):137-139.

GE Qinglin,WANG Yingying,LI Jing. A kind of convolution modulation method that generate radar multi-false target[J]. Modern Defence Technology,2012,40(1):137-139. (in Chinese)

[3] 黃翀鵬,王劍,徐保國. 線性調頻脈沖雷達轉發(fā)干擾研究[J]. 電子與信息學報,2013,35(12):2874-2881.

HUANG Chongpeng,WANG Jian,XU Baoguo. Repeater jamming against LFM pulse radar[J]. Journal of Electronics and Information Technology,2013,35(12):2874-2881. (in Chinese)

[4] 李圣衍,胡東,許森. 針對LFM信號的移頻干擾應用研究[J]. 艦船電子對抗,2015,38(4):5-7.

LI Shengyan,HU Dong,XU Shen. Study of frequency shift jamming application to LFM signal[J]. Shipboard Electronic Countermeasure,2015,38(4):5-7. (in Chinese)

[5] 張克舟,李青山,張恒. LFM 脈沖壓縮雷達的隨機移頻多假目標干擾技術研究[J]. 電光與控制,2014,21(8):106-109.

ZHANG Kezhou,LI Qingshan,ZHANG Heng. Random frequency-shift for multi-false-target jamming of LFM pulse compression radar[J]. Electronics Optics&Control,2014,21(8):106-109. (in Chinese)

[6] 黃翀鵬,王劍,徐保國. 線性調頻脈沖的移頻干擾性能研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術,2013,35(5):935-939.

HUANG Chongpeng,WANG Jian,XU Baoguo. Performance of shift-frequency jamming against LFM signal pulse[J]. Systems Engineering and Electronics,2013,35(5):935-939. (in Chinese)

[7] 張柏林,呂亞昆,趙凱凱. 基于FrFT的抗線性函數(shù)移頻干擾算法研究[J]. 航天電子對抗,2015,31(2) 35-38.

ZHANG Bolin,LYU Yakun,ZHAO Kaikai. An algorithm against linear frequency-shifting jamming based on FrFT[J]. Aerospace Electronic Warfare,2015,31(2) 35-38. (in Chinese)

[8] 陳蓉,汪一鳴. 基于FRFT的LFM脈壓雷達移頻干擾辨識[J]. 雷達科學與技術,2013,11(2):192-196.

CHEN Rong,WANG Yiming. Detection of frequency-shifting jamming to LFM pulse-compression radar based on FrFT[J]. Radar Science and Technology,2013,11(2):192-196. (in Chinese)

[9] SOUMEKH M． SAR—ECCM using phase-perturbed LFM chirp signals and DRFM repeat jammer penalization[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2006,42(1):191-204.

[10] 李江源,王建國. 利用復雜調制LFM信號的SAR抗欺騙干擾技術[J]. 電子與信息學報,2008,30(9):2111-2114.

LI Jiangyuan,WANG Jianguo.The anti-jamming technology for SAR cheat jamming using complex modulated lfm signal[J]. Journal of Electronics & Information Technology,2008,30(9):2111-2114. (in Chinese)

[11] 馮祥芝,許小劍. 隨機線性調頻斜率SAR抗欺騙干擾方法研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術,2009,31(1):69-73.

FENG Xiangzhi,XU Xiaojian. Study of counter measures to deceptive jamming using random linear modulation frequency ratio SAR[J]. Systems Engineering and Electronics,2009,31(1):69-73. (in Chinese)

JammingSuppressionofPulseCompressionRadarBasedonFrequency-shiftingFilter

NIAN Penglei1,LU Cuihua2
(1.Subunit 91,Unit 91550 of PLA,Dalian 116023,China;2.The 7th Department,Naval Aeronautical University,Yantai 264001,China)

To solve the problem that linear frequency modulation (LFM) pulse compression radar can be affected by the frequency-shifting jamming,a jamming suppression method for initial frequency agility LFM radar based on frequency-shifting detection is presented. The relative position among matched filter reference function,target echo signal and jamming signal in frequency domain is analyzed,and then the character that the initial frequency among interpulse LFM signal is different can be used. The target echo signal is made to have no pulse compression output through shifting the

signal frequency. So the jamming signal can be identified and suppressed. The anti-jamming performance of the proposed method is analyzed through simulation and the result proves its effectiveness.

pulse compression radar；linear frequency modulation；frequency-shifting jamming；jamming suppression

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.10.009

粘朋雷，路翠華.基于移頻濾波的脈壓雷達抗干擾方法[J].電訊技術，2017,57(10):1152-1157.[NIAN Penglei,LU Cuihua.Jamming suppression of pulse compression radar based on frequency-shifting filter[J].Telecommunication Engineering,2017,57(10):1152-1157.]

2017-03-30；

2017-06-20 Received date:2017-03-30；Revised date：2017-06-20

**通信作者：nianpl@126.com Corresponding author：nianpl@126.com

TN973

A

1001-893X(2017)10-1152-06

粘朋雷(1986—)，男，山東萊陽人，2010年獲碩士學位，2015年獲博士學位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向為軍用目標中近程探測、識別與信息對抗技術；

Email:nianpl@126.com

路翠華(1978—)，女，山東煙臺人，2011年獲博士學位，現(xiàn)為副教授，主要研究方向為軍用目標中近程探測。