基于光纖延時的多域復(fù)合雷達干擾方法

付博超，李 培

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

隨著電子對抗技術(shù)的發(fā)展，雷達信號在接收的時候采用脈沖壓縮處理，具有很強的抗干擾性能。傳統(tǒng)的噪聲干擾因無法獲得脈沖壓縮的處理增益，故無法對相關(guān)雷達造成有效干擾[1]。對線性調(diào)頻信號的干擾樣式目前已有很多研究，其中的方法包括：對其進行調(diào)頻、調(diào)幅干擾，利用數(shù)字射頻儲存器(DRFM)進行全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)、間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾等等[2]。通常在干擾的中心頻率附近發(fā)射多個與真實目標回波相似的頻率，干擾雷達的測距精度和距離分辨力。在時域結(jié)構(gòu)上對干擾信號進行處理，干擾雷達的測速精度和速度分辨力。常用的DRFM技術(shù)是目前針對射頻信號儲存比較有效的措施，其缺點是無法同時確保獲取寬的瞬時帶寬和大的動態(tài)范圍，因而采用可解決該問題的光學(xué)手段。對于微波和毫米波調(diào)制信號，光電信號處理具有高時間帶寬積的特征，可利用光纖對干擾信號的時域結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)。本文提出一種基于光纖延時的多域復(fù)合噪聲干擾方法，并通過仿真進行論證。

1 線性調(diào)頻(LFM)信號

1.1 LFM波形

LFM信號是一種廣泛采用的脈沖壓縮雷達發(fā)射信號，可提高雷達對抗非相干干擾能力，提高測距精度和距離分辨力。

通常，LFM信號表示為：

(1)

將式(1)中的up-chirp信號重寫為：

s(t)=S(t)ej2πf0t

(2)

式中：S(t)是信號s(t)的復(fù)包絡(luò)：

(3)

由傅里葉變換性質(zhì)，S(t)與s(t)具有相同的幅頻特性，中心頻率不同。因此，在后續(xù)仿真時，只需考慮S(t)即可。

1.2 LFM匹配濾波

線性調(diào)頻脈沖信號s(t)的匹配濾波器的時域脈沖響應(yīng)為：

h(t)=s*(t0-t)

(4)

為便于理論分析，令t0=0，則：

h(t)=s*(-t)

(5)

將式(1)代入式(5)得：

(6)

為方便分析，令式(6)中A=1，s(t)經(jīng)過系統(tǒng)h(t)得到s0(t)：

(7)

式(7)即為LFM脈沖信號經(jīng)過匹配濾波h(t)得到的固定載頻f0的輸出信號。

固定移頻的干擾信號為：

(8)

固定頻移的干擾信號經(jīng)過脈沖壓縮后的輸出為：

(9)

該式為一個具有辛克(sinc)包絡(luò)的單載頻信號。

2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理

在目前的電子戰(zhàn)中，天線收發(fā)分時模式被廣泛運用。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是指干擾機在接收到LFM信號后，對LFM信號進行采樣和轉(zhuǎn)發(fā)，采樣和轉(zhuǎn)發(fā)周期性進行，工作模式與天線收發(fā)分時模式相符，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理可以廣泛運用到各種干擾模式上。

假設(shè)接收到的雷達信號樣式如下：

(10)

fs=f0+Kt

(11)

(12)

采樣后得到信號：

s1(t)=p(t)·s(t)

(13)

3 光纖延時

對于微波和毫米波調(diào)制信號，光電信號處理具有高時間帶寬積的特征，可利用光纖對干擾信號的時域結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)。光學(xué)射頻存儲(PRFM)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PRFM結(jié)構(gòu)框圖

激光光源發(fā)射出的連續(xù)光波經(jīng)輸入的雷達脈沖信號電光調(diào)制之后，進入到光循環(huán)延遲線回路。該延遲部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由光耦合器、光開關(guān)以及光纖所構(gòu)成。調(diào)制光信號以極低的損耗在回路中循環(huán)，達到設(shè)定的延遲時間后，通過回路輸出端的高速光學(xué)開關(guān)控制光信號輸出，輸出的光信號為經(jīng)延遲后的脈沖調(diào)制信號。

4 線性調(diào)頻仿真

仿真試驗的參數(shù)設(shè)置如下：時寬τ=20 μs,帶寬B=5 MHz，頻率f1=100 MHz。噪聲信號為服從均勻標準正態(tài)分布的高斯噪聲，則仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 信號時域圖

圖3 噪聲信號圖

卷積得到信號如圖4和圖5所示。

圖4 干擾信號圖

圖5 干擾效果示意圖

LFM線性調(diào)頻信號為：

(14)

其中假設(shè)回波信號為：

(15)

對J(t)進行傅里葉變換得到：

(16)

該信號經(jīng)過線性調(diào)頻匹配濾波后的輸出為：

(17)

5 干擾系統(tǒng)仿真設(shè)計

5.1 干擾仿真

設(shè)置頻率參數(shù)為fj0=-10 MHz，移頻后的頻率為fj1=20 MHz。頻率變化范圍B=20 MHz。對其進行仿真，仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 fj0移頻效果時域圖

圖7 fj1移頻效果時域圖

5.2 基于光纖延時的多域復(fù)合噪聲干擾系統(tǒng)設(shè)計

5.2.1 原理框圖

設(shè)計上采用收發(fā)分時天線來分配時域上的資源。接收到的雷達信號經(jīng)線性調(diào)頻后，通過間歇性采樣進行時域上的處理，經(jīng)脈壓網(wǎng)絡(luò)后，進行頻域上的處理。處理后的信號再次進入光纖環(huán)路中進行調(diào)制。通過光纖延時等處理方法得到預(yù)計的干擾信號樣式。

5.2.2 干擾效果仿真

設(shè)置仿真參數(shù)fj0=15 MHz，其他參數(shù)不變，經(jīng)圖8的干擾系統(tǒng)處理后，得到信號樣式如圖9和圖10所示。對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號通過光纖進行不同程度的延時，對目標進行干擾。

圖8 光纖延時系統(tǒng)原理框圖

圖9 延時干擾效果圖

圖10 超前干擾效果圖

通過仿真可知，該方法產(chǎn)生的干擾樣式有欺騙干擾的效果。

6 結(jié)束語

用光纖延時的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的延時方法對干擾信號進行再次處理，得到的干擾信號具有欺騙干擾的效果。未來電子戰(zhàn)中，光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)的組合應(yīng)用會成為電子戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)用中的重要手段。