雷達(dá)噪聲干擾建模及其仿真分析

郝萬(wàn)兵++張軍++郗蘊(yùn)天

摘要：噪聲干擾是一種通用的干擾措施，是最重要的干擾樣式之一。介紹了調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相干擾樣式，基于m序列的偽隨機(jī)碼代替白噪聲產(chǎn)生方法，作BoxMuller變換，將隨機(jī)數(shù)變?yōu)榉母咚狗植嫉碾S機(jī)數(shù)，通過(guò)濾波器與功率控制器得到不同帶寬的噪聲干擾。通過(guò)建模仿真，驗(yàn)證了該方法產(chǎn)生的干擾樣式具有良好的干擾效果。

關(guān)鍵詞：噪聲干擾；m序列；boxmuller變換；功率控制

DOIDOI：10.11907/rjdk.151558

中圖分類號(hào)：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）008002603

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：郝萬(wàn)兵（1991-），男，陜西綏德人，西安電子工程研究所碩士研究生，研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗技術(shù)；張軍（1989-），男，陜西富平人，西安電子工程研究所碩士研究生，研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理；郗蘊(yùn)天（1991-），男，陜西西安人，西安電子工程研究所碩士研究生，研究方向?yàn)槔走_(dá)總體技術(shù)。

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜，雷達(dá)作為最重要的戰(zhàn)場(chǎng)傳感器之一，已經(jīng)成為武器系統(tǒng)最重要的一部分?，F(xiàn)代軍事技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)，就是各種武器裝備越來(lái)越廣泛地采用和依賴于無(wú)線電電子技術(shù)[1]。各種武器系統(tǒng)威力的發(fā)揮，戰(zhàn)場(chǎng)指揮控制都越來(lái)越多依賴于雷達(dá)的效能。雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)是通過(guò)對(duì)雷達(dá)的偵察和干擾，獲取敵方武器、戰(zhàn)場(chǎng)情況等情報(bào)，通過(guò)打擊使敵方的武器系統(tǒng)失效，失去指揮控制權(quán)，為取得作戰(zhàn)勝利創(chuàng)造有利條件。干擾機(jī)通過(guò)對(duì)偵察到的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)，使得雷達(dá)無(wú)法獲取目標(biāo)方位、速度、距離、航跡，失去對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力[2]。

噪聲干擾作為一種通用性的干擾措施應(yīng)用廣泛，一方面在于雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部噪聲是影響雷達(dá)探測(cè)能力的主要因素，只要外部干擾噪聲能進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)并具有和內(nèi)部噪聲相類似的特性，就會(huì)大大降低雷達(dá)的探測(cè)性能；另一方面，噪聲干擾相對(duì)于其它干擾形式對(duì)于對(duì)方雷達(dá)信息需求較少[3]。傳統(tǒng)的噪聲干擾方式通過(guò)對(duì)噪聲的幅度、頻率、相位進(jìn)行調(diào)制。本文介紹了一種基于偽隨機(jī)序列的噪聲干擾產(chǎn)生方式。m序列有良好的偽隨機(jī)特性和自相關(guān)性，可以代替模擬信號(hào)作為數(shù)字噪聲序列對(duì)雷達(dá)施加干擾，經(jīng)過(guò)BoxMuller變換后，可滿足噪聲序列的各項(xiàng)性能。

1 噪聲干擾產(chǎn)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部的噪聲服從正態(tài)分布，因此選擇的干擾噪聲也要服從正態(tài)分布。噪聲干擾樣式具備瞄準(zhǔn)式噪聲干擾和阻塞式噪聲干擾[4]。傳統(tǒng)的噪聲干擾通過(guò)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相方式產(chǎn)生模擬的噪聲信號(hào)，在數(shù)字體制下，傳統(tǒng)的噪聲信號(hào)產(chǎn)生方法已經(jīng)失去了優(yōu)勢(shì)，用偽隨機(jī)序列來(lái)代替噪聲信號(hào)已成為一種趨勢(shì)。常見(jiàn)的偽隨機(jī)序列有m 序列、GOLD 序列、M 序列、Walsh 序列等，m 序列是目前研究最為徹底的偽隨機(jī)序列，它容易產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性[4]。通過(guò)m序列發(fā)生器產(chǎn)生均勻的隨機(jī)序

列來(lái)白化處理產(chǎn)生高斯白噪聲，使用BoxMuller變換法將m序列輸出的隨機(jī)數(shù)變成服從高斯分布的隨機(jī)數(shù)，分別作為噪聲數(shù)據(jù)的同相與正交分量。在得到高斯隨機(jī)數(shù)之后將數(shù)據(jù)送入FIR濾波器和功率控制器，實(shí)現(xiàn)方法如圖1所示。

圖1 高斯噪聲產(chǎn)生

2 噪聲干擾產(chǎn)生原理

2.1 m序列發(fā)生器

2.1.1 m序列定義

m序列是偽隨機(jī)序列的一種，在很多領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用，是由n級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的序列。這種序列必須由移位寄存器產(chǎn)生，并且周期為2n（n為移位寄存器的級(jí)數(shù)）。n級(jí)移位寄存器共有2n種狀態(tài)，除去全0狀態(tài)外還有2n-1種狀態(tài)，所以它能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度碼序列位數(shù)為2n-1。產(chǎn)生m序列的線性反饋移位寄存器稱作最長(zhǎng)線性移位寄存器。需要說(shuō)明的是產(chǎn)生m序列的周期p不能取任意值，必須滿足條件p=2n-1[4]。

2.1.2 m序列產(chǎn)生原理

移位寄存器的延時(shí)狀態(tài)可以用當(dāng)前狀態(tài)及特征矩陣來(lái)表示，該特征矩陣是n×n階矩陣，稱為A矩陣，A矩陣的第r行數(shù)值對(duì)應(yīng)移位寄存器第r級(jí)反饋輸入狀態(tài)[5]。對(duì)于一個(gè)n級(jí)移位寄存器序列產(chǎn)生器，其A矩陣的第一個(gè)元素a1n必定為1，否則，該m序列發(fā)生器就會(huì)退化為級(jí)數(shù)小于n的移位寄存器序列發(fā)生器[5]。對(duì)于一個(gè)n級(jí)線性移位寄存器序列發(fā)生器，其A矩陣有如下形式：

移位寄存器的初始狀態(tài)給定后，可由A矩陣得到后續(xù)狀態(tài)，即：

2.1.3 m序列產(chǎn)生

m序列發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)性能好壞直接影響到高斯白噪聲的優(yōu)劣，m序列發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以近似認(rèn)為符合（0，1）均勻分布，即均勻分布的白噪聲。m序列產(chǎn)生框圖如圖2所示，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)線性反饋移位寄存器[5]。

2.2 Box-Muller變換法

使用Box-Muller變換法將m序列輸出的隨機(jī)數(shù)變成服從高斯分布的隨機(jī)數(shù)，該變換定義為：

其中，r1、r2為m序列輸出相互獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)，得到的x1、x2是服從（0，1）高斯分布相互正交的隨機(jī)數(shù)，分別作為噪聲數(shù)據(jù)的同相和正交分量。因?yàn)閷?duì)噪聲帶寬和功率有相應(yīng)要求，因而在得到高斯隨機(jī)數(shù)之后將數(shù)據(jù)送入FIR濾波器和功率控制器。

3 仿真分析

在仿真中，雷達(dá)信號(hào)采用非線性調(diào)頻脈沖壓縮體制，B=5MHz，T=20μs，點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理，cpi=1。做數(shù)字下變頻、脈沖壓縮、MTD、CFAR處理，經(jīng)過(guò)噪聲干擾后，再做信號(hào)處理，cpi=121，對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理前后的結(jié)果如圖3和圖4所示。由仿真試驗(yàn)可以看出，噪聲干擾對(duì)雷達(dá)具有良好的干擾效果。

圖3 雷達(dá)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理

4 結(jié)語(yǔ)

噪聲干擾作為一種通用的干擾樣式，適用于多種體制雷達(dá)，由于其良好的靈活性與對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)信息需求少的特性，成為最重要的干擾樣式之一。現(xiàn)代對(duì)抗技術(shù)手段都是基于數(shù)字體制實(shí)現(xiàn)的，本文介紹的基于m序列發(fā)生器與Box-Muller變換法產(chǎn)生的高斯白噪聲既有良好的噪聲特性，可以對(duì)雷達(dá)實(shí)施有效干擾，又有良好的數(shù)字特性，結(jié)

合數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但是，噪聲干擾也有局限性，

現(xiàn)代抗干擾技術(shù)通過(guò)一定的抗干擾手段可以對(duì)噪聲干擾進(jìn)行一定程度的抑制，所以出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)——靈巧噪聲。其作為新的干擾樣式，既具有良好的噪聲特性，可以在頻域?qū)走_(dá)信號(hào)進(jìn)行壓制，又可以在時(shí)域上產(chǎn)生假目標(biāo)群，起到了遮蓋被保護(hù)目標(biāo)的作用，這也是本文后續(xù)研究的方向。

圖4 噪聲干擾樣式下雷達(dá)信號(hào)處理結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理[D].西安：西安電子科技大學(xué)，1999.

[2] 陳伯孝.現(xiàn)代累代系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

[3] DAVID ADAMY.電子戰(zhàn)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4] BASSEM R MAHAFZA.雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5] 牛凱.代數(shù)型非線性擴(kuò)頻序列統(tǒng)計(jì)分析[J].電子學(xué)報(bào)，2010，28（7）：112115.

[6] 羅新民.現(xiàn)代通信原理 [M].第2版.西安：西安交通大學(xué)出版社，2010.

（責(zé)任編輯：杜能鋼）