針對脈間變頻雷達(dá)信號的干擾樣式分析

李圣衍，蔡苗紅，郭 波

(南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)

針對脈間變頻雷達(dá)信號的干擾樣式分析

李圣衍，蔡苗紅，郭 波

(南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)

機(jī)載火控雷達(dá)是艦艇作戰(zhàn)防御面臨的主要作戰(zhàn)對象之一。針對機(jī)載雷達(dá)對海方式下的工作特點(diǎn)，分析原有干擾樣式的弱點(diǎn)，提出改進(jìn)措施和數(shù)字化干擾平臺構(gòu)想，可用于后續(xù)干擾機(jī)的設(shè)計。

非相參積累；捷變頻；信道化；波門

0 引 言

機(jī)載火控雷達(dá)在對海模式下可以采用脈間跳頻的方式對目標(biāo)進(jìn)行探測，采用該方式可以一舉兩得，一方面改善目標(biāo)在海雜波背景下的信噪比，另一方面能夠提高雷達(dá)的抗干擾性能。所以在艦艇自衛(wèi)條件下，針對該方式的干擾顯得尤為重要。

1 典型雷達(dá)工作方式

現(xiàn)代機(jī)載火控雷達(dá)工作方式很多，包括空空、空地、空海等方式。其中對海面目標(biāo)進(jìn)行搜索時，一般采用sea1和sea2方式。當(dāng)海浪低于0.91 m(3級以下海情)，艦船徑向速度小于10 kn(靜止目標(biāo)或低速運(yùn)動目標(biāo))，雷達(dá)采取sea1方式工作；當(dāng)海情處于3級以上，或探測中高速艦船目標(biāo)時，采用sea2方式工作[1]。其中sea1方式可以采用脈間跳頻，更難干擾，一般情況下，sea1方式通常采用的波形及處理方式如表1所示。

1.1 捷變頻

脈間頻率捷變信號為：

y=Arect(t/τ)ej(ωt+s(t))

(1)

式中：A為信號幅度；rect(t/τ)為常用的矩形函數(shù)；ω為可以跳變的載頻，每個脈沖載頻都是跳變的；s(t)為脈內(nèi)調(diào)制形式。

若s(t)=0，則信號為脈內(nèi)是相參脈沖串的頻率捷變信號；若s(t)=μt2/2，則信號為脈內(nèi)脈沖壓縮的頻率捷變信號，這是目前最常采用的頻率捷變信號形式。

當(dāng)雷達(dá)采用頻率捷變方式，脈間的頻差增大到一定值之后，具備了頻率躍變的特性，這種特性歸結(jié)為脈間回波的去相關(guān)。

一般復(fù)雜目標(biāo)是由許多大小形狀差別極大的小散射體所組成，而雷達(dá)天線所接收到的回波是這些散射體所散射的回波的矢量和。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的頻率變化時，由傳播途徑差而引起的相位差也隨之不同，因而各散射體所反射回波的矢量和也就隨之變化，從而每個回波的幅度會有很大的變化。通過對回波的相關(guān)處理，可以大大抑制海雜波，提高目標(biāo)的檢測能力。

1.2 非相參積累[2]

雷達(dá)采用脈間跳頻方式后，一般采取非相參積累方式抑制雜波，提高檢測信噪比(SNR)。非相參積累通常在平方律檢波器后實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

對于給定虛警概率Pfa與探測概率Pd，非相參積累改善因子和積累損耗為：

lgM[1-0.14lgM+0.018 31(lgM)2]

(2)

Lr=M/I(M)

(3)

2 干擾樣式分析

2.1 常規(guī)干擾樣式分析

目前在艦艇自防御系統(tǒng)中對抗脈間頻率捷變信號的措施并不多，主要包括寬帶阻塞干擾、掃頻干擾等。

(1) 寬帶阻塞干擾

由干擾機(jī)粗略測得的雷達(dá)捷變頻帶寬，可用阻塞干擾覆蓋此頻段，但這種方法比窄帶瞄準(zhǔn)式干擾的帶寬要寬得多，阻塞帶寬要大于或等于雷達(dá)捷變帶寬，導(dǎo)致干擾功率譜密度下降嚴(yán)重，在發(fā)射功率一定的前提下，對干擾暴露區(qū)的影響較大[3]，一般有：

(4)

另外，機(jī)載雷達(dá)在對海方式下，雷達(dá)采用脈沖壓縮波形，壓縮比20～30 dB。而常規(guī)的寬帶噪聲一般采用壓控振蕩器(VCO)調(diào)制白噪聲或者采用直接數(shù)字合成器(DDS)產(chǎn)生。干擾信號本身和雷達(dá)回波不相參，雷達(dá)匹配處理時，回波信號可以獲得壓縮增益，而噪聲干擾信號無法獲得該壓縮得益。

為了獲得相同的壓制系數(shù)，干擾功率相比常規(guī)脈沖雷達(dá)需要增加20～30 dB。對于有干擾源跟蹤能力的雷達(dá)來說，大功率的干擾信號可以成為其穩(wěn)定跟蹤的信標(biāo)，這對艦艇防御將是一個巨大的隱患。

(2) 掃頻干擾

針對捷變頻信號的第2種常規(guī)干擾技術(shù)為掃頻干擾。掃頻式干擾兼?zhèn)淞苏瓗闇?zhǔn)式干擾和寬帶阻塞式干擾的特點(diǎn)，通過動態(tài)掃描干擾頻帶，實(shí)現(xiàn)對捷變頻雷達(dá)的干擾。一般來說，干擾掃頻帶寬覆蓋雷達(dá)捷變帶寬，同時掃頻速率必須滿足如下要求[4]：

(5)

式中：Baf為捷變帶寬；Tr為雷達(dá)重頻；Br為雷達(dá)接收帶寬；Bj為干擾掃頻帶寬。

掃頻干擾可以提高接收機(jī)帶內(nèi)的干擾功率譜密度，但對于脈壓雷達(dá)來說，干擾功率損失仍然很大。

2.2 干擾樣式改進(jìn)

脈沖壓縮信號是現(xiàn)代雷達(dá)常用的發(fā)射信號，一般采用DDS方式在基帶生成，脈間捷變頻通過改變本振來實(shí)現(xiàn)。所以對于捷變頻狀態(tài)下的雷達(dá)發(fā)射脈沖，基帶信號的特征不變。

針對該特點(diǎn)，干擾機(jī)可以采取如下方法進(jìn)行干擾：利用數(shù)字接收機(jī)截獲其中一個脈沖，存儲基帶樣本信號，然后通過信道化瞄頻實(shí)現(xiàn)密集假目標(biāo)干擾，該方式可以獲得雷達(dá)處理得益。

對于捷變頻的處理方式，一般是采取非相參積累提高信噪比，對于干擾信號來說，可以采用重復(fù)噪聲方式獲得非相參積累增益。干擾機(jī)可以采取如下方法進(jìn)行干擾：直接利用信道化瞄頻數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)相乘產(chǎn)生梳狀噪聲，同時進(jìn)行預(yù)測波門調(diào)制，形成和目標(biāo)回波同步的重復(fù)噪聲信號，該信號和回波信號一樣可以獲得非相參積累增益。

利用現(xiàn)有的數(shù)字化接收技術(shù)和數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術(shù)可以構(gòu)建如圖2所示的數(shù)字化干擾平臺。

對接收機(jī)截獲的雷達(dá)信號進(jìn)行數(shù)字化處理，處理帶寬由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的采樣率確定，ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行多相濾波，形成不同的子信道進(jìn)行測頻，測頻數(shù)據(jù)和樣本數(shù)據(jù)相乘，實(shí)現(xiàn)瞄頻干擾，樣本數(shù)據(jù)可以是事先存儲的樣本數(shù)據(jù)、子信道的實(shí)時數(shù)據(jù)或者是噪聲數(shù)據(jù)。

采用事先存儲的樣本可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相參干擾，采用子信道的實(shí)時數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)相參干擾，采用噪聲數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)非相參干擾。

平臺數(shù)字化后，設(shè)備量大大減少，同時利用板載大容量現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)進(jìn)行軟件編程，可以拓展系統(tǒng)功能。比如利用各信道檢測信號進(jìn)行統(tǒng)計，提取重點(diǎn)干擾的頻點(diǎn)，提高干擾效率；可以利用不同的噪聲模型產(chǎn)生不同的噪聲干擾數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的靈活性，增加信號識別能力和信號跟蹤能力，提高干擾的針對性。

3 仿真結(jié)果

針對前面干擾樣式改進(jìn)方法，選取典型脈間捷變頻信號進(jìn)行仿真。

仿真要求如圖3所示。

仿真輸出如圖4所示。

從上面的仿真可以看出，針對線性調(diào)頻(LFM)信號，利用移頻干擾可以形成前移假目標(biāo)，利用直接轉(zhuǎn)發(fā)信號盡可能縮短DRFM帶來的延時，再用存儲的樣本產(chǎn)生密集假目標(biāo)，3種方式組合可以實(shí)現(xiàn)對脈間跳頻信號的干擾。

采用5位偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器產(chǎn)生幅度調(diào)制噪聲，開窗波門噪聲和雷達(dá)回波同步，將波門重復(fù)噪聲干擾與高斯噪聲干擾下的16個脈沖視頻積累進(jìn)行對比，雷達(dá)仿真參數(shù)為脈寬100 μs，調(diào)頻帶寬10 MHz，采樣率10 MHz，脈沖數(shù)16個，仿真結(jié)果如圖5～圖8。

4 結(jié)束語

目前在自衛(wèi)干擾情況下，對于脈間捷變頻信號，一般采用寬帶阻塞干擾、掃頻干擾等，效果均不是太好。所以針對機(jī)載雷達(dá)信號的一些特點(diǎn)，特別是對于LFM型信號，可以設(shè)計一些新的樣式，通過仿

真，該類樣式可以對捷變頻信號進(jìn)行干擾。但該類干擾樣式的實(shí)現(xiàn)對于硬件平臺有要求，后續(xù)在工程實(shí)踐中，可以通過研制相應(yīng)的硬件平臺進(jìn)行驗證。

[1] 賁德，韋傳安，林幼權(quán).機(jī)載雷達(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.

[2] MAHAFZA B R.雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(MATLAB版)[M].陳志杰, 羅群, 沈齊譯.2版.北京：電子工業(yè)出版社,2008 .

[3] 張錫祥，肖開奇，顧杰.新體制雷達(dá)對抗導(dǎo)論[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[4] 曾云健，陶建峰.對捷變頻雷達(dá)的干擾分析[J].飛航導(dǎo)彈,2009(3):45-47.

AnalysisofJammingModeforInterpulseFrequency-conversionRadarSignal

LI Sheng-yan，CAI Miao-hong，GUO Bo

(Nanjing Research Institute of Electronic Technology,Nanjing 210039,China)

Airborne fire-control radar is one of main operation objects faced by warship capaign defense.Aiming at the operation characteristics of airborne radar in sky-sea mode,this paper analyzes the disadvantages of original jamming modes,puts forward improved measures and advisable scheme of digital jamming platform,which can be used for the design of subsequent jammer.

noncoherent accumulation;frequency agility;channelization;gate

2017-05-17

TN974

A

CN32-1413(2017)06-0032-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.007