雷達主瓣有源復合干擾建模及效果仿真分析

宮 健，趙 強，原 慧

(1.空軍工程大學,陜西 西安 710051；2.同方電子科技有限公司，江西 九江 332007； 3.解放軍93436部隊，北京 102604；4.解放軍94259部隊，山東 蓬萊 265600)

0 引 言

空襲電子戰(zhàn)中，各種編隊戰(zhàn)術(shù)結(jié)合先進的干擾技術(shù)，在空間環(huán)境和信號環(huán)境上，都對防空雷達形成了巨大的優(yōu)勢[1-3]。每部雷達在探測跟蹤過程中，都不僅面臨旁瓣干擾，而且面臨由多平臺釋放的更加復雜多變的主瓣有源復合干擾[4-5]。相比于旁瓣干擾，主瓣干擾充分利用雷達天線的主瓣增益，并且可以有效對抗旁瓣對消(SLC)、旁瓣匿影(SLB)等抗干擾措施[6-7]。因此，針對雷達主瓣有源復合干擾，對其干擾信號建模并對其干擾效果進行仿真分析，具有非常重要的實戰(zhàn)意義。

1 主瓣有源復合干擾模型

1.1 非相干壓制式干擾

根據(jù)噪聲對載波信號不同參數(shù)的調(diào)制，非相干壓制式干擾可分為噪聲調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相干擾。其中，噪聲調(diào)頻干擾具備干擾帶寬靈活可控的優(yōu)點，是最為常見的干擾，其信號模型為：

(1)

式中：Uj為噪聲調(diào)頻信號的幅度；ωj為噪聲調(diào)頻信號的中心頻率；KFM為調(diào)頻斜率；φ為[0,2π]的均勻分布。

1.2 相干壓制式干擾

相干壓制式干擾主要基于數(shù)字射頻存儲器(DRFM)實現(xiàn)，主要分為噪聲卷積和噪聲乘積兩大類。

設(shè)雷達信號為s(t)，噪聲信號為n(t)，則噪聲卷積干擾可表示為：

j(t)=s(t)?n(t)

(2)

匹配濾波處理后噪聲卷積干擾條件下輸出為：

y(t)= F-1(|S(f)|2)?p(t)+

F-1(|S(f)|2)?n(t)

(3)

式中：F-1表示逆傅里葉變換；S(f)為發(fā)射信號s(t)的傅里葉變換；F-1(|S(f)|2)為點擴展函數(shù)；p(t)為點目標函數(shù)。

將卷積調(diào)制變成乘積調(diào)制，可得到噪聲乘積調(diào)制干擾模型為：

j(t)=s(t)·n(t)

(4)

1.3 有源欺騙式干擾

若干擾機對接收到的雷達信號進行一次延遲轉(zhuǎn)發(fā)，即可得到單距離假目標干擾：

j(t)=Ajs(t-τj)

(5)

式中：Aj為干擾信號的幅度；τj=2Rj/c，為干擾時延；Rj為干擾機所設(shè)置的假目標距離。

類似地，若進行多次延遲轉(zhuǎn)發(fā)，即可得到多距離假目標干擾：

(6)

當距離假目標的時延按照一定規(guī)律周期性變化時，就可以形成距離波門拖引干擾：

j(t)=Ajs(t-τj(t))

(7)

式中：τj(t)隨時間的變化規(guī)律如下：

(8)

式中：R(t)為目標相對于雷達的距離隨時間的變化函數(shù)；vf為干擾進行勻速拖引時的拖引速度；af為干擾進行加速拖引時的拖引加速度。

速度波門拖引干擾的原理與距離拖引干擾相近，其模型可以表示為：

j(t)=Ajs(t-τr)ej2πfdj(t)t

(9)

式中：τr=2R(0)/c。

為了欺騙具有距離-速度二維信息同時檢測、跟蹤能力的雷達，必須采用距離-速度同步拖引干擾，其信號可表示為：

(10)

對比式(8)中的拖引階段，距離拖引時延函數(shù)c(t)=2vft/c或aft2/c，施加的多普勒頻率b(t)應滿足：

(11)

2 主瓣有源復合干擾效果分析

2.1 “壓制+壓制”式復合

針對噪聲調(diào)頻與噪聲卷積調(diào)制干擾信號形成的加性復合干擾信號，以功率和檢測概率為準則，仿真分析不同干擾情況下，雷達接收到的復合干擾信號的合成功率以及利用均值類恒虛警率檢測器檢測得到的真目標發(fā)現(xiàn)概率，仿真結(jié)果見表1。

表1 各種干擾情況下合成功率及目標探測概率

由表1可以看出：噪聲卷積干擾信號的功率越大，雷達接收到的復合干擾功率越大，但真目標的發(fā)現(xiàn)概率相差不大，這是因為經(jīng)過匹配濾波處理后，目標發(fā)現(xiàn)與否主要受到匹配濾波輸出值的影響，噪聲調(diào)頻干擾經(jīng)過匹配濾波后能量被分散到整個時間軸上，對恒虛警率(CFAR)參考單元的均值計算影響不大；對比3種均值類CFAR可以發(fā)現(xiàn)，在噪聲壓制式干擾條件下，單元平均(CA)-CFAR和選小(SO)-CFAR的檢測性能相似，都好于選大(GO)-CFAR的檢測性能。

2.2 “壓制+欺騙”式復合

假設(shè)雷達發(fā)射時寬為10 μs、帶寬為20 MHz的LFM信號，噪聲卷積干擾由長度為雷達發(fā)射信號長度1/4的零均值、單位方差高斯白噪聲與發(fā)射信號卷積而得。圖1和圖2分別給出了噪聲調(diào)頻和噪聲卷積干擾與簡單轉(zhuǎn)發(fā)距離多假目標干擾形成的復合干擾的時頻分布以及匹配濾波結(jié)果，其中RJ/S表示干信比。

圖1 RJ/S=3.5 dB，RJ/S=20 dB復合干擾仿真

圖2 RJ/S=3.5 dB，RJ/S=7 dB復合干擾仿真

由圖1(a)和圖2(a)可以看出，噪聲調(diào)頻干擾的能量均勻分布在整個時頻平面內(nèi)，而噪聲卷積干擾的能量集中分布在雷達發(fā)射信號時頻曲線附近的某一帶狀范圍內(nèi)，即噪聲卷積干擾基本沒有能量泄漏。因此，在相似的壓制干擾效果條件下，噪聲卷積干擾需要的能量更少(如圖1(b)和2(b))。

2.3 “欺騙+欺騙”式復合

“欺騙+欺騙”式復合，即雷達同時接收到2種或2種以上欺騙式干擾信號，設(shè)置與上文相同的仿真條件，仿真“欺騙+欺騙”式復合干擾的效果，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 “欺騙+欺騙”式復合干擾效果1

圖4 “欺騙+欺騙”式復合干擾效果2

由仿真結(jié)果可以看出，通過一定的參數(shù)控制，“欺騙+欺騙”式復合干擾既可以形成壓制干擾效果(如圖3所示)，又可以形成多假目標欺騙干擾效果(如圖4所示)。當用于自衛(wèi)式干擾時，針對雷達跟蹤階段，還可與拖引干擾復合，達到“隱真示假”的干擾目的(如圖5所示)。

圖5 “欺騙+欺騙”式復合干擾效果3

3 結(jié)束語

本文研究了雷達主瓣有源復合干擾問題，從信號樣式上，建立了非相干壓制式干擾、相干壓制式干擾和有源欺騙式干擾3種復合干擾的信號模型，并仿真分析了“壓制+壓制”式復合、“壓制+欺騙”式復合和“欺騙+欺騙”式復合3種典型的復合干擾效果，在軍事電子對抗領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。