一種基于遞歸滑動(dòng)DFT信道化結(jié)構(gòu)的DRFM干擾機(jī)設(shè)計(jì)

李辰梓 余建宇 徐 偉 郝萬(wàn)兵

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現(xiàn)代雷達(dá)是在全天候復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下快速、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、制導(dǎo)和火控的重要裝備[1]，是戰(zhàn)場(chǎng)上的“千里眼”，一旦破壞了雷達(dá)的正常工作，將使得戰(zhàn)場(chǎng)上的大多數(shù)武器裝備喪失作戰(zhàn)能力，所以雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)必然將在未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)上貫穿始終。目前雷達(dá)干擾采用的是基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)技術(shù)，它能夠快速地對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行高速采樣、存儲(chǔ)復(fù)制、調(diào)制產(chǎn)生與雷達(dá)相參的干擾信號(hào)，目前采用DRFM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的較新型干擾樣式有密集假目標(biāo)干擾，靈巧噪聲干擾等，他們都能夠?qū)ο鄥⒗走_(dá)進(jìn)行有效的干擾。但是考慮到目前戰(zhàn)場(chǎng)上復(fù)雜的電磁環(huán)境、頻率捷變技術(shù)以及超寬帶雷達(dá)的出現(xiàn)，這就需要我們基于DRFM技術(shù)的干擾機(jī)具有大的瞬時(shí)帶寬，提高信噪比，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠?qū)崟r(shí)、快速地挑選出需要干擾的雷達(dá)信號(hào)。而數(shù)字信道化技術(shù)在接收靈敏度、工作帶寬、雷達(dá)信號(hào)的截獲能力等方面性能良好，具備接收同時(shí)到達(dá)多個(gè)雷達(dá)信號(hào)的能力，且信道化技術(shù)能抑制子信道帶寬外的噪聲提高信號(hào)的信噪比，適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的復(fù)雜電磁環(huán)境需求。所以本文選用逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)來(lái)運(yùn)用于雷達(dá)干擾機(jī)中，并給出了具體的介紹與仿真。

1 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT信道化技術(shù)

1.1 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT技術(shù)

目前數(shù)字信道化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前最常見(jiàn)的是基于多相濾波器組的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)[2]，但是由于多相濾波結(jié)構(gòu)在時(shí)間分辨率和頻率分辨率上存在相互制約關(guān)系，一般而言選用多相結(jié)構(gòu)都會(huì)選擇損失實(shí)時(shí)性來(lái)保障頻率分辨率，但是實(shí)時(shí)性在干擾機(jī)中是比較重要的參數(shù)，因此本文選用另一種逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的信道化結(jié)構(gòu)來(lái)完成干擾機(jī)的設(shè)計(jì)，逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT信道化結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的信道化結(jié)構(gòu)圖

1.2 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的遞歸算法

由圖1可以看出當(dāng)AD采樣的數(shù)據(jù)流每次1點(diǎn)滑動(dòng)時(shí)，在第n時(shí)刻和n+1時(shí)刻窗口中的數(shù)據(jù)樣本大量重復(fù)，后一個(gè)時(shí)刻的N點(diǎn)數(shù)據(jù)只是將前一個(gè)時(shí)刻的N點(diǎn)數(shù)據(jù)中的首個(gè)數(shù)據(jù)剔除，而在最后添加一個(gè)當(dāng)前時(shí)刻最新的樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)，除此之外的N-1個(gè)數(shù)據(jù)完全相同，所以?xún)蓚€(gè)連續(xù)時(shí)刻的各自頻譜之間必然存在聯(lián)系[3]，假設(shè)n-1時(shí)刻的N點(diǎn)DFT結(jié)果為Xk(n-1)，n時(shí)刻的結(jié)果為Xk(n)。

(1)

(2)

根據(jù)式(1)和式(2)可以推出

=[Xk(n-1)-x(n-N)+x(n)]ej2πk/N

(3)

可以看出,計(jì)算Xk(n)只要通過(guò)前一個(gè)點(diǎn)Xk(n- 1)減去x(n-N)，加上現(xiàn)在的x(n)，再進(jìn)行相移來(lái)計(jì)算，遞歸結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的遞歸結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 遞歸逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的頻域加窗

由于DFT在當(dāng)前時(shí)刻對(duì)N點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，相當(dāng)于人為的加了矩形窗對(duì)數(shù)據(jù)截?cái)?，這樣會(huì)造成頻譜泄漏。為了減少頻譜泄漏對(duì)后續(xù)信號(hào)處理的影響，通常對(duì)信號(hào)在時(shí)域加非矩形窗(如漢寧窗、漢明窗等)，通過(guò)減小信號(hào)旁瓣幅度來(lái)降低DFT的頻譜泄漏。但是如果在時(shí)域加窗會(huì)使得上面的遞歸逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT式(3)不成立，因此考慮對(duì)數(shù)據(jù)做完遞歸逐點(diǎn)DFT后進(jìn)行頻域加窗處理。由DFT的性質(zhì)可知,時(shí)域乘積等效于頻域的周期卷積，即數(shù)據(jù)為x(n)，窗函數(shù)為w(n)可得

y(n)=x(n)w(n)?Y(n,k)=X(n,k)·W(k)

(4)

窗函數(shù)選用N點(diǎn)漢寧窗來(lái)進(jìn)行進(jìn)行頻域加窗[4]，因?yàn)闈h寧窗的DFT結(jié)果只有三個(gè)非零值，對(duì)三個(gè)非零值同時(shí)進(jìn)行整數(shù)倍放大，可得三個(gè)值為分別為W(-1)=-1，W(0)=2，W(1)=-1，所以頻域加窗的表達(dá)式為

Y(n,k)=X(n,k)·W(k)=X(n,k)·W(0)+

X(n,k+1)·W(-1)+X(n,k-1)·W(1)

(5)

所以根據(jù)式(5)可以完成對(duì)逐點(diǎn)DFT后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加窗來(lái)降低頻譜泄露,從而得到基于遞歸的逐點(diǎn)DFT信道化頻域加窗結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遞歸逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT的頻域加窗結(jié)構(gòu)圖

2 基于逐點(diǎn)滑動(dòng)的信道化的干擾機(jī)技術(shù)

2.1 逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT技術(shù)

數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)的干擾機(jī)的結(jié)構(gòu)主要分為三個(gè)部分，如圖4所示。

圖4 數(shù)字信道化下雷達(dá)干擾機(jī)基本結(jié)構(gòu)

2.2 仿真分析

本文采用遞歸算法的逐點(diǎn)DFT信道化結(jié)構(gòu)，每次滑動(dòng)作32點(diǎn)DFT，采樣率fs為1.2GHz，因此干擾機(jī)對(duì)應(yīng)的時(shí)間分辨率為0.83ns，頻率分辨率為37.5MHz。雷達(dá)信號(hào)S(t)選用線性調(diào)頻信號(hào)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(6)

其中信號(hào)時(shí)寬T為10μs，帶寬B為40MHz，中心頻率f0為300MHz，信號(hào)PRI設(shè)置為40μs，到達(dá)雷達(dá)干擾機(jī)時(shí)間為5μs。對(duì)信號(hào)添加信噪比為0dB的噪聲信號(hào)，仿真得雷達(dá)的時(shí)域和頻域圖如圖5所示。

圖5 雷達(dá)信號(hào)時(shí)域頻域圖

采用遞歸算法的逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT信號(hào)化結(jié)構(gòu)對(duì)雷達(dá)信號(hào)接收，經(jīng)過(guò)AD采樣后對(duì)數(shù)據(jù)逐點(diǎn)作32點(diǎn)DFT，然后經(jīng)過(guò)頻域加窗，可以得到信號(hào)的信道化接收?qǐng)D如圖6所示。

圖6 信道化干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的接收

可以清楚地看到雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)在第8和第9信道內(nèi)，但是由于信道的交疊，同時(shí)部分雷達(dá)信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)在第7和第10信道內(nèi)。對(duì)信道內(nèi)的的信號(hào)進(jìn)行CFAR處理后，根據(jù)信號(hào)的連續(xù)性判別，判別依據(jù)是當(dāng)前時(shí)刻信道內(nèi)有信號(hào)時(shí)標(biāo)志位置1，連續(xù)8個(gè)時(shí)刻，如果8個(gè)時(shí)刻的標(biāo)志位相加大于6即判斷信號(hào)連續(xù)存在，最終可以得到信號(hào)位于第8和第9信道內(nèi)，對(duì)兩個(gè)信道的信號(hào)進(jìn)行疊加合成，可以得到兩個(gè)合成信號(hào)的時(shí)域和頻域圖像如圖7所示，對(duì)比圖3可以看出對(duì)信號(hào)可以進(jìn)行完整準(zhǔn)確的接收。

圖7 信道內(nèi)接收信號(hào)的時(shí)域頻域圖像

對(duì)上面接收的信號(hào)進(jìn)行距離維調(diào)制產(chǎn)生一個(gè)在距干擾機(jī)300m位置的單假目標(biāo)，在時(shí)域相當(dāng)于滯后2μs，通過(guò)仿真可以得到調(diào)制后干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)的脈壓效果如圖8所示，可以看出干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)脈壓效果和單純的雷達(dá)真實(shí)信號(hào)回波本身做脈壓效果基本一致并且在時(shí)域相距2μs，具有很好的脈壓效果。干擾調(diào)制時(shí)給信號(hào)進(jìn)行多普勒調(diào)制，進(jìn)行仿真可以得到雷達(dá)對(duì)干擾信號(hào)也具有很好的MTD效果，如圖9所示。

圖8 干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)脈壓圖

圖9 干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)MTD圖

上述我們進(jìn)行了單個(gè)假目標(biāo)干擾的效果仿真，這只是一種最基本的并且具有代表性的欺騙式干擾，我們還可以通過(guò)調(diào)制形成多假目標(biāo)等欺騙式干擾。接下來(lái)我們?cè)賹?duì)上述接收后的信號(hào)進(jìn)行靈巧噪聲卷積干擾樣式的壓制類(lèi)干擾樣式仿真。靈巧噪聲卷積噪聲干擾是將干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)制器將視頻噪聲信號(hào)與存儲(chǔ)的雷達(dá)信號(hào)作卷積，經(jīng)功率放大器放大后將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的干擾方法[5]，選用均值為0，方差為1，時(shí)寬為15μs的高斯白噪聲信號(hào)作為視頻噪聲信號(hào)。將高斯白噪聲與接收到的雷達(dá)信號(hào)做卷積調(diào)制得到的干擾信號(hào)來(lái)做脈壓和MTD，得到的圖像如圖10、圖11所示。

圖10 干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)脈壓圖

圖11 干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)MTD圖

圖10和圖11可以看到靈巧噪聲干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)的匹配濾波后出現(xiàn)了遮蓋波形，能夠完全遮蓋雷達(dá)本身信號(hào)的脈壓結(jié)果，可以產(chǎn)生很好地壓制干擾效果。

通過(guò)上面的仿真可以看出，采用遞歸算法的逐點(diǎn)滑動(dòng)DFT信道化結(jié)構(gòu)進(jìn)行的干擾機(jī)設(shè)計(jì)能夠很好地對(duì)雷達(dá)信號(hào)在信噪比為0dB的環(huán)境下進(jìn)行準(zhǔn)確的高精度接收，并且能夠很好地產(chǎn)生欺騙性干擾和壓制性干擾兩類(lèi)干擾樣式。

3 結(jié)束語(yǔ)