對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)的應(yīng)答式干擾研究

孟超普，王秀錦，楊?lèi)?ài)平

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

低截獲發(fā)射信號(hào)波形設(shè)計(jì)與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低載獲概率(LPI)雷達(dá)的重要技術(shù)。射頻掩護(hù)信號(hào)將真實(shí)使用的信號(hào)藏匿于掩護(hù)脈沖之間，一同發(fā)射，而接收機(jī)僅處理指定的真實(shí)信號(hào)，放棄對(duì)掩護(hù)脈沖的接收和處理。通過(guò)對(duì)掩護(hù)信號(hào)的載頻、脈寬、脈沖重復(fù)頻率(PRF)等參數(shù)優(yōu)化建庫(kù)，可達(dá)到最佳誘導(dǎo)目的[1]。

射頻掩護(hù)脈沖組合波形可形成一種密集、復(fù)雜的電子環(huán)境，提高瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)測(cè)量雷達(dá)工作頻率的難度，對(duì)電子支援措施(ESM)截獲、分選、識(shí)別雷達(dá)信號(hào)設(shè)置了障礙；同時(shí)也是抵抗前沿存儲(chǔ)最好的一種方法，可使DRFM難以工作。這些都有利于提高雷達(dá)的LPI性能，使雷達(dá)具有較好的生存能力。雷達(dá)采取射頻掩護(hù)措施后，有源干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾效能普遍降低[2]。本文通過(guò)對(duì)射頻掩護(hù)信號(hào)的波形設(shè)計(jì)及其對(duì)干擾設(shè)備瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)和數(shù)字儲(chǔ)頻器的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而提出雷達(dá)有源干擾機(jī)對(duì)抗射頻掩護(hù)信號(hào)的方法。

1 射頻掩護(hù)信號(hào)波形

射頻掩護(hù)信號(hào)波形的產(chǎn)生策略具有一定的靈活性，可根據(jù)不同的電子環(huán)境、不同的應(yīng)用目的靈活地選擇。射頻掩護(hù)信號(hào)波形有2種基本形式：(1)錯(cuò)開(kāi)式射頻掩護(hù)波形；(2)緊貼式射頻掩護(hù)波形。通過(guò)2種基本波形的組合，能夠派生出多種其他射頻掩護(hù)波形。

錯(cuò)開(kāi)式射頻掩護(hù)波形如圖1所示。掩護(hù)脈沖信號(hào)和真實(shí)脈沖信號(hào)錯(cuò)開(kāi)分布，其載頻值可以相同，也可以存在差異。掩護(hù)脈沖信號(hào)和真實(shí)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔可設(shè)計(jì)為固定、參差或抖動(dòng)等多種分布，使ESM的脈沖重復(fù)周期(PRT)測(cè)量形成多值性。緊貼式射頻掩護(hù)波形如圖2所示。掩護(hù)脈沖信號(hào)緊貼于真實(shí)脈沖信號(hào)之前，且掩護(hù)脈沖信號(hào)與真實(shí)脈沖信號(hào)載頻存在差異。

圖1 錯(cuò)開(kāi)式射頻掩護(hù)波形

圖2 緊貼式射頻掩護(hù)波形

由于ESM信號(hào)PRT測(cè)量的多值性，錯(cuò)開(kāi)式射頻掩護(hù)波形會(huì)導(dǎo)致威脅目標(biāo)測(cè)量的虛警，影響電子戰(zhàn)系統(tǒng)的干擾決策及干擾資源管理。但通過(guò)同方位威脅信號(hào)合批等方式處理后仍可通過(guò)瞄準(zhǔn)噪聲、前沿存儲(chǔ)DRFM干擾等傳統(tǒng)方式進(jìn)行有源干擾。而緊貼式射頻掩護(hù)波形則由于虛假脈沖和脈沖的緊密貼合，使采用前沿測(cè)量方式的瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)和基于前沿存儲(chǔ)的DRFM干擾失效。因此，本文選擇對(duì)緊貼式射頻掩護(hù)波形的LPI性能及其干擾方法進(jìn)行研究分析。

2 射頻掩護(hù)信號(hào)LPI性能分析

2.1 抗瞬時(shí)測(cè)頻性能分析

瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)因具有頻帶寬、測(cè)頻精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于寬帶工作的電子對(duì)抗系統(tǒng)中[2]，干擾設(shè)備通常使用瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)測(cè)量的威脅目標(biāo)載頻信息來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)與威脅信號(hào)的頻率對(duì)準(zhǔn)。為保證干擾的快速性，瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)通常是對(duì)雷達(dá)脈沖的前沿進(jìn)行采樣和測(cè)量。

對(duì)于緊貼式射頻掩護(hù)波形，瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)前沿測(cè)量的頻率為掩護(hù)脈沖的頻率，而非真實(shí)威脅信號(hào)頻率，則以頻域?qū)?zhǔn)為基礎(chǔ)的窄帶瞄準(zhǔn)式干擾必將失效，從而達(dá)到電子反對(duì)抗的目的。因此，對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)的干擾主要立足于基于DRFM的應(yīng)答式干擾。

2.2 抗DRFM性能分析

DRFM技術(shù)主要有前沿采樣存儲(chǔ)方式、斷續(xù)采樣存儲(chǔ)方式和全脈沖采樣存儲(chǔ)方式。其中前沿采樣存儲(chǔ)方式和全脈沖采樣存儲(chǔ)方式使用較多。前沿采樣存儲(chǔ)方式只記錄輸入信號(hào)的前沿，然后控制存儲(chǔ)數(shù)據(jù)重復(fù)讀出或?qū)Υ鎯?chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行外推擴(kuò)展輸出。全脈沖方式就是存儲(chǔ)器將輸入脈沖信號(hào)全部存儲(chǔ)，根據(jù)需要，在給定時(shí)刻讀出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)D/A重構(gòu)信號(hào)。

(1) 抗前沿采樣存儲(chǔ)DRFM性能分析

設(shè)真實(shí)信號(hào)重頻fr=10 kHz，幅度A1=1，脈寬為20 μs。真實(shí)信號(hào)前緊貼一掩護(hù)脈沖，幅度A2=2，脈寬為10 μs。圖3為射頻掩護(hù)信號(hào)時(shí)域圖，對(duì)射頻掩護(hù)信號(hào)進(jìn)行前沿采樣，設(shè)采樣寬度為5 μs，采樣波形如圖4。設(shè)循環(huán)復(fù)制寬度為30 μs，則前沿循環(huán)復(fù)制干擾信號(hào)時(shí)域圖如圖5。

圖3 射頻掩護(hù)信號(hào)時(shí)域圖

圖4 前沿采樣波形圖

圖5 前沿循環(huán)復(fù)制干擾信號(hào)時(shí)域圖

由圖5可以看出，前沿采樣時(shí)由于只采樣到部分掩護(hù)脈沖信號(hào)，則循環(huán)復(fù)制后重構(gòu)的干擾信號(hào)，不論是幅度、相位還是載頻，均是在掩護(hù)脈沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行外推擴(kuò)展，與真實(shí)信號(hào)差別很大，因此不能完成對(duì)雷達(dá)的有效干擾。而射頻掩護(hù)雷達(dá)在發(fā)射了組合脈沖后，接收時(shí)只需要在真實(shí)信號(hào)載頻附近添加一個(gè)匹配濾波器即可接收目標(biāo)回波信號(hào)，剔除干擾雜波。

(2) 抗全脈沖采樣存儲(chǔ)DRFM性能分析

對(duì)于上述緊貼式射頻掩護(hù)波形，DRFM在進(jìn)行全脈沖采樣存儲(chǔ)時(shí)，把掩護(hù)脈沖信號(hào)和真實(shí)脈沖信號(hào)全部存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)也包括掩護(hù)脈沖信號(hào)和真實(shí)脈沖信號(hào)。如果重構(gòu)的信號(hào)準(zhǔn)確，DRFM對(duì)真實(shí)信號(hào)的重構(gòu)部分可以進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)從而構(gòu)成干擾。

雖然可以使用全脈沖采樣存儲(chǔ)方式對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)進(jìn)行有源干擾，但由于全脈沖存儲(chǔ)最小延遲時(shí)間至少為1個(gè)脈沖時(shí)間，所形成的距離和速度干擾距離真實(shí)的回波很遠(yuǎn)，很容易被對(duì)方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別。因此，全脈沖采樣存儲(chǔ)方式常用于ELINT系統(tǒng)，用于對(duì)威脅目標(biāo)信號(hào)的先驗(yàn)信息獲取。

3 對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)的應(yīng)答式干擾

基于對(duì)緊貼式射頻掩護(hù)雷達(dá)的LPI性能分析，通過(guò)對(duì)基于DRFM的應(yīng)答式干擾方法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，本文給出對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)的3種應(yīng)答式干擾方法：樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾、間歇采樣干擾和信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾。

3.1 樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾

樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾是指在未進(jìn)行干擾時(shí)，使用ELINT系統(tǒng)將威脅目標(biāo)的信號(hào)進(jìn)行采樣并進(jìn)行威脅目標(biāo)的脈內(nèi)分析，識(shí)別出掩護(hù)脈沖后將其剔除，僅對(duì)真實(shí)脈沖信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。在需要干擾時(shí)，干擾機(jī)全脈沖或部分脈沖讀取預(yù)存儲(chǔ)的威脅信號(hào)并進(jìn)行時(shí)域和頻域調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)。樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾分為威脅信號(hào)預(yù)存儲(chǔ)和威脅信號(hào)有源干擾2個(gè)步驟，其流程如圖6所示。

圖6 樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾示意圖

由于樣本預(yù)存儲(chǔ)干擾強(qiáng)烈依賴(lài)于先驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)威脅目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫(kù)信息失配時(shí)，會(huì)造成威脅目標(biāo)的漏警。同時(shí)，由于ELINT系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)脈內(nèi)分析和掩護(hù)脈沖的剔除時(shí)，通常會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，在作戰(zhàn)使用時(shí)，無(wú)法快速實(shí)現(xiàn)從威脅信號(hào)的預(yù)存儲(chǔ)到對(duì)威脅目標(biāo)有源干擾的流程轉(zhuǎn)換。因此，該方法可用于對(duì)預(yù)警雷達(dá)和目指雷達(dá)的干擾，而不適用于對(duì)有很高干擾反應(yīng)時(shí)間要求的末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾。

3.2 間歇采樣干擾

間歇采樣干擾原理示意圖如圖7所示。間歇采樣干擾的處理過(guò)程為：干擾機(jī)截獲到雷達(dá)信號(hào)后，高保真采樣其中一小段后馬上進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)；再采樣并處理轉(zhuǎn)發(fā)下一段，采樣轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直到干擾信號(hào)結(jié)束[3]。

圖7 間歇采樣干擾原理示意圖

對(duì)緊貼式射頻掩護(hù)雷達(dá)的間歇采樣干擾方法如圖8所示。其中T1為掩護(hù)脈沖脈寬，T2為真實(shí)脈沖脈寬，τS為間歇采樣寬度，τD為間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度。

進(jìn)行間歇采樣干擾時(shí)，需合理設(shè)置采樣寬度和轉(zhuǎn)發(fā)寬度。當(dāng)τS

圖9 間歇采樣寬度<掩護(hù)脈沖寬度，不同間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度干擾示意圖

當(dāng)τS>T1時(shí)，如圖10所示，第1次間歇采樣的信號(hào)既有掩護(hù)脈沖信號(hào)，同時(shí)包含真實(shí)雷達(dá)信號(hào)。當(dāng)τD>(T1+T2-τS)時(shí)，間歇轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)只包含部分真實(shí)脈沖片段，與真實(shí)信號(hào)的相關(guān)性差。當(dāng)τD<(T1+T2-τS)時(shí)，第1次間歇轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)與真實(shí)脈沖的相關(guān)性差，但后續(xù)間歇采樣的信號(hào)全部為真實(shí)脈沖片段，轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)與威脅信號(hào)相關(guān)性增強(qiáng)，可以獲得較好的干擾效果。

圖10 間歇采樣寬度>掩護(hù)脈沖寬度，不同間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度干擾示意圖

在缺乏射頻掩護(hù)雷達(dá)掩護(hù)脈沖寬度和真實(shí)脈沖寬度先驗(yàn)知識(shí)時(shí)，需要干擾機(jī)自主設(shè)置合理的間歇采樣寬度和間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度。為提高轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)同真實(shí)信號(hào)相關(guān)性，通?？稍O(shè)置間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度等于間歇采樣寬度。間歇采樣寬度可根據(jù)作戰(zhàn)對(duì)象的不同，選取合理的自主設(shè)置值。對(duì)于非相參體制末制導(dǎo)雷達(dá)，掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖寬度均較小，此時(shí)間歇采樣時(shí)間通常按照百納秒量級(jí)進(jìn)行設(shè)置；對(duì)于相參體制末制導(dǎo)雷達(dá)，掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖寬度可設(shè)置得很寬，此時(shí)間歇采樣時(shí)間通常按照微秒量級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

在工程應(yīng)用中，對(duì)于脈寬較寬的相參體制射頻掩護(hù)末制導(dǎo)雷達(dá)，通過(guò)合理的設(shè)置間歇采樣寬度和間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度，間歇采樣干擾能夠產(chǎn)生較好的干擾效果。但對(duì)于脈寬較窄的非相參體制射頻掩護(hù)末制導(dǎo)雷達(dá)，由于間歇采樣寬度和間歇轉(zhuǎn)發(fā)寬度通常較窄，當(dāng)干擾機(jī)和偵察機(jī)之間的空間隔離不好時(shí)，可能出現(xiàn)間歇采樣階段采樣信號(hào)為周?chē)h(huán)境反射的干擾發(fā)射信號(hào)，出現(xiàn)自收自發(fā)現(xiàn)象，造成干擾的無(wú)效。

3.3 信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾

電子戰(zhàn)系統(tǒng)空間收發(fā)隔離度不好時(shí)，間歇采樣干擾對(duì)窄脈沖雷達(dá)失效。因此對(duì)窄脈沖雷達(dá)的應(yīng)答式干擾優(yōu)先采用前沿循環(huán)復(fù)制方式。但當(dāng)雷達(dá)采用緊貼式射頻掩護(hù)波形時(shí)，干擾機(jī)采樣時(shí)讀取掩護(hù)脈沖的前沿并進(jìn)行循環(huán)復(fù)制，從而造成干擾無(wú)效。射頻掩護(hù)雷達(dá)進(jìn)行波形設(shè)計(jì)時(shí)，為使雷達(dá)接收機(jī)能夠區(qū)分掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖，通常對(duì)掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖設(shè)定不同的載頻中心值。因此，可采用頻率信道化的方式對(duì)掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖進(jìn)行分離。

信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾示意圖如圖11所示。射頻掩護(hù)雷達(dá)信號(hào)經(jīng)接收前端放大并經(jīng)微波變頻為中頻信號(hào)，中頻信號(hào)通過(guò)寬帶濾波后分為2路分別進(jìn)行窄帶濾波。其中窄帶濾波器1僅允許掩護(hù)脈沖信號(hào)通過(guò)，窄帶濾波器2僅允許真實(shí)脈沖信號(hào)通過(guò)。由于干擾機(jī)無(wú)法區(qū)分掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖信號(hào)，對(duì)2路信號(hào)均進(jìn)行前沿循環(huán)復(fù)制和時(shí)/頻域的調(diào)制，并將調(diào)制后的2路干擾信號(hào)疊加合路為合成干擾信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)的干擾。

在缺乏射頻掩護(hù)雷達(dá)先驗(yàn)知識(shí)時(shí)，干擾機(jī)無(wú)法分別對(duì)窄帶濾波器1和窄帶濾波器2進(jìn)行通帶頻率裝訂，此時(shí)需通過(guò)采用窄帶濾波器組的方式進(jìn)行射頻掩護(hù)信號(hào)的信道化。設(shè)干擾機(jī)瞬時(shí)干擾帶寬為BW，窄帶濾波器組中每個(gè)濾波器的帶寬相同，均為ΔB，設(shè)相鄰濾波器之間的交替帶寬為Δf，則所需窄帶濾波器個(gè)數(shù)為N=BW/(ΔB-2Δf)。

圖11 信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾示意圖

頻域信道化可分為模擬信道化和數(shù)字信道化2種方式，為確保能夠分離掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖，信道化時(shí)ΔB的取值不宜過(guò)大，因此當(dāng)干擾機(jī)瞬時(shí)帶寬較大時(shí)，需大量窄帶濾波器。此時(shí)，采用模擬信道化方式會(huì)嚴(yán)重增加干擾機(jī)體積和成本，因此宜采用數(shù)字濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻掩護(hù)信號(hào)的數(shù)字信道化。

數(shù)字信道化前沿循環(huán)復(fù)制示意圖如圖12所示。DRFM對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣的過(guò)程中，同步并行地將采樣數(shù)據(jù)送入N路窄帶數(shù)字濾波器。設(shè)干擾機(jī)的中頻瞬時(shí)干擾范圍為[f1，f2]，其中f2-f1=BW，則第i路窄帶數(shù)字濾波器的通帶范圍為[f1+(i-1)·(ΔB-Δf)，f1+(i-1)·(ΔB-Δf)+ΔB]。假設(shè)掩護(hù)脈沖信號(hào)頻率fj位于第j路窄帶數(shù)字濾波器的通帶范圍內(nèi)，真實(shí)脈沖信號(hào)頻率fk位于第k路窄帶數(shù)字濾波器的通帶范圍內(nèi)，則第j路和第k路窄帶數(shù)字濾波器分別輸出掩護(hù)脈沖中頻采樣信號(hào)和真實(shí)脈沖中頻采樣信號(hào)，而其他N-2路窄帶數(shù)字濾波器則僅輸出窄帶噪聲采樣信號(hào)。

為判定前沿采樣時(shí)機(jī)，同時(shí)防止由于噪聲信號(hào)疊加引起干擾信號(hào)與真實(shí)脈沖信號(hào)的相關(guān)性降低，需對(duì)信道化后的采樣信號(hào)進(jìn)行門(mén)限判別。若采樣信號(hào)幅度超過(guò)設(shè)定門(mén)限，則判定采樣信號(hào)為掩護(hù)脈沖或真實(shí)脈沖，此時(shí)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行前沿循環(huán)復(fù)制、時(shí)/頻域調(diào)制和疊加；若采樣信號(hào)幅度低于設(shè)定門(mén)限，則判定采樣信號(hào)為噪聲，不進(jìn)行前沿循環(huán)復(fù)制、時(shí)/頻域調(diào)制和疊加處理。對(duì)疊加后的數(shù)字干擾信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾中頻信號(hào)輸出。

對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾時(shí)，需合理選擇濾波器組中窄帶濾波器的帶寬BW。若BW過(guò)小，則真實(shí)脈沖信號(hào)通過(guò)窄帶濾波器后會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的信號(hào)失真，從而導(dǎo)致干擾信號(hào)與真實(shí)信號(hào)相關(guān)性嚴(yán)重下降；若BW過(guò)大，則掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖均通過(guò)同一個(gè)窄帶濾波器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩者的信道化分離，則干擾信號(hào)為對(duì)掩護(hù)脈沖的循環(huán)復(fù)制，從而干擾失效。

對(duì)于非相參體制的窄脈沖射頻掩護(hù)末制導(dǎo)雷達(dá)，可根據(jù)威脅信號(hào)的脈寬計(jì)算窄帶濾波器帶寬。對(duì)于相參體制的射頻掩護(hù)末制導(dǎo)雷達(dá)，在無(wú)先驗(yàn)知識(shí)時(shí)，通?？稍O(shè)置為10～20 MHz，但當(dāng)威脅目標(biāo)脈內(nèi)調(diào)制帶寬超過(guò)設(shè)置的窄帶濾波器帶寬時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)與真實(shí)信號(hào)存在較大的失真，此時(shí)需要較大的干擾功率可實(shí)現(xiàn)有源干擾；當(dāng)有一定先驗(yàn)知識(shí)時(shí)，則可根據(jù)掩護(hù)脈沖和真實(shí)脈沖的脈內(nèi)調(diào)制帶寬進(jìn)行窄帶濾波器帶寬的設(shè)定。因此，對(duì)射頻掩護(hù)雷達(dá)進(jìn)行信道化前沿循環(huán)復(fù)制干擾時(shí)，在一定的先驗(yàn)信息支持下，可以獲得更好的干擾效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了射頻掩護(hù)雷達(dá)的2種基本波形。對(duì)緊貼式射頻掩護(hù)波形的抗瞬時(shí)測(cè)頻性能和抗DRFM性能進(jìn)行了分析，并針對(duì)上述LPI性能設(shè)計(jì)了3種改進(jìn)應(yīng)答式干擾方法。同時(shí)，分別對(duì)3種應(yīng)答式干擾進(jìn)行了干擾設(shè)計(jì)、主要參數(shù)設(shè)定和工程使用的分析。