移頻與轉(zhuǎn)發(fā)干擾在彈載智能干擾系統(tǒng)中的應(yīng)用*

李 楠

(西京學(xué)院信息工程學(xué)院， 西安 710123)

0 引言

線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)通過非線性相位調(diào)制能獲得大的時(shí)寬帶寬積，信號(hào)帶寬在幾MHz到幾百M(fèi)Hz，峰值功率小，容易寬帶實(shí)現(xiàn)，在雷達(dá)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，像脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等都采用LFM信號(hào)。特別在防空反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)中，采用LFM信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈目標(biāo)的精確測(cè)量，為了順利攻擊，彈載干擾機(jī)必須能干擾敵方的雷達(dá)探測(cè)信號(hào)，從而使得敵方難以獲得準(zhǔn)確的導(dǎo)彈目標(biāo)信息。干擾敵方雷達(dá)信號(hào)需要采用相干干擾技術(shù)，而轉(zhuǎn)發(fā)干擾正是最優(yōu)的方法，因此關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)干擾近年來成為了雷達(dá)干擾研究的焦點(diǎn)。

為了對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行有效干擾，實(shí)現(xiàn)欺騙敵方雷達(dá)的目的，文獻(xiàn)[1]研究了數(shù)字射頻存儲(chǔ)器循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈沖多普勒引信，循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)只要有一次延時(shí)進(jìn)入引信距離波門，經(jīng)多普勒信號(hào)處理后可對(duì)引信形成欺騙干擾。文獻(xiàn)[2]深入研究間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)干擾的數(shù)學(xué)原理，對(duì)其它雷達(dá)的相干干擾也提供了指導(dǎo)。文獻(xiàn)[3]分析間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)去斜處理體制寬帶雷達(dá)的干擾效果，發(fā)現(xiàn)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)匹配濾波體制雷達(dá)和去斜處理體制雷達(dá)均有好的干擾效果。文獻(xiàn)[4]研究V-調(diào)頻信號(hào)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾，通過選擇干擾參數(shù)利用低階假目標(biāo)對(duì)消真實(shí)目標(biāo)回波，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波消隱，獲得較好的干擾效果。文獻(xiàn)[5-9]研究了間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾、直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾、靈巧噪聲重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾及其對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)和相位編碼信號(hào)的干擾效果。文獻(xiàn)[10-11]針對(duì)相位編碼雷達(dá)信號(hào)，研究了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾和多載波相位編碼調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)雷達(dá)干擾的干擾信號(hào)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[12-15]也對(duì)雷達(dá)假目標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)干擾進(jìn)行了研究。

綜上，人們對(duì)雷達(dá)的轉(zhuǎn)發(fā)干擾已進(jìn)行了比較全面的深入研究，但從研究結(jié)果來看，實(shí)際應(yīng)用于裝備的成果不多，文中以戰(zhàn)場實(shí)際情況為背景，系統(tǒng)清晰的梳理轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理，提出彈載智能干擾雷達(dá)假目標(biāo)系統(tǒng)，并分析干擾效果，為轉(zhuǎn)發(fā)干擾走向?qū)嵱没峁┲笇?dǎo)。

1 干擾信號(hào)分析

導(dǎo)彈在攻擊目標(biāo)時(shí)，會(huì)受到敵方探測(cè)和制導(dǎo)雷達(dá)的搜索和跟蹤，因此對(duì)敵方的雷達(dá)進(jìn)行有效干擾是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)的關(guān)鍵，利用DRFM對(duì)敵方雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)頻，采取相應(yīng)的干擾信號(hào)調(diào)制方法及轉(zhuǎn)發(fā)方式能實(shí)現(xiàn)敵雷達(dá)信號(hào)的相干干擾，得到好的干擾效果。常用的干擾有移頻干擾和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾，文中將詳細(xì)分析這兩種干擾的原理。

1.1 移頻干擾

移頻干擾根據(jù)干擾參數(shù)不同分為：LFM雷達(dá)信號(hào)初始載頻不同、調(diào)頻斜率相同；信號(hào)初始載頻不同、調(diào)頻斜率不同兩種情況。

第一種情況下，移頻干擾信號(hào)模型為：

(1)

移頻干擾信號(hào)匹配濾波后的輸出為：

0

(2)

從式(2)看出輸出波形是辛格函數(shù)的單頻震蕩。

若雷達(dá)接收到干擾信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)功率相同，則干擾峰值yξmax和信號(hào)峰值ymax有下述關(guān)系：

(3)

干擾信號(hào)落后于目標(biāo)信號(hào)的時(shí)間為：

(4)

干擾信號(hào)的主峰寬度為：

(5)

第二種情況下的移頻干擾分析可參考文獻(xiàn)[16]，干擾信號(hào)的匹配輸出時(shí)間延遲由固定時(shí)延和隨頻率變化的延時(shí)共同構(gòu)成，其效果是展寬了干擾信號(hào)，為有效干擾，應(yīng)將干擾能量集中在一個(gè)匹配壓縮脈寬內(nèi)。

1.2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾得到了大量的研究，有直接轉(zhuǎn)發(fā)、重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)和循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)等轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式[5-7,11]，干擾信號(hào)到達(dá)敵方雷達(dá)中主要經(jīng)過匹配濾波處理、去斜處理脈沖壓縮等信號(hào)處理過程，得到處理后的接收信號(hào)，分析不同的信號(hào)處理方法可為干擾信號(hào)的調(diào)制及構(gòu)造提供依據(jù)。

1.2.1 匹配濾波處理法

設(shè)雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)寬為T，調(diào)制斜率為K，信號(hào)帶寬為B，信號(hào)為：

(6)

對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣后的信號(hào)經(jīng)過匹配濾波有：

ys(t)=xs(t)?h(t)

(7)

ys(t)是眾多不同多普勒頻移的目標(biāo)回波經(jīng)過匹配濾波后輸出信號(hào)的加權(quán)和。

ysn(t)最大值位置在：

(8)

式中：ξn=nfs。

ysn(t)的最大值為：

(9)

相鄰峰值點(diǎn)相距：

(10)

1.2.2 去斜處理脈沖壓縮法

設(shè)發(fā)射信號(hào)是線性調(diào)頻信號(hào)，回波信號(hào)為：

建議開設(shè)心理咨詢門診，當(dāng)病人消極情緒嚴(yán)重且護(hù)理門診無法通過相關(guān)診療及護(hù)理宣教順利排解時(shí)，建議病人進(jìn)行相關(guān)心理咨詢，及時(shí)消除不良情緒。

(11)

式中tr為回波時(shí)延。

去斜后轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)頻譜為[3]：

Xf(f)=(Pa(f))*(P(f))*XT(f)=

(12)

2 干擾系統(tǒng)框圖

結(jié)合前述干擾信號(hào)原理分析構(gòu)建彈載智能干擾機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。利用彈載偵察設(shè)備接收敵方雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得相關(guān)參數(shù)進(jìn)行移頻處理和相應(yīng)的調(diào)制處理及間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，在智能模塊的控制下發(fā)射經(jīng)過處理后的干擾信號(hào)干擾敵方雷達(dá)，根據(jù)干擾效果評(píng)估結(jié)果，及時(shí)調(diào)整干擾信號(hào)的發(fā)射方式，最大限度的干擾敵方雷達(dá)，達(dá)到欺騙的目的。

圖1 彈載智能干擾機(jī)原理框圖

3 仿真分析

假設(shè)敵方探測(cè)和制導(dǎo)雷達(dá)為X波段的線性調(diào)頻雷達(dá)，其功率為120 kW，增益為50 dB，載頻為4 GHz，帶寬為8 MHz，脈寬100 μs；導(dǎo)彈散射截面積1 m2，彈載干擾機(jī)功率為0.8 W，增益15 dB，頻率100 MHz，采樣周期4 μs。采用圖1所示的彈載智能干擾系統(tǒng)進(jìn)行干擾仿真實(shí)驗(yàn)。

首先利用智能控制設(shè)備進(jìn)行移頻干擾實(shí)驗(yàn)，彈載偵收設(shè)備偵察到敵雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)，進(jìn)行預(yù)處理及射頻存儲(chǔ)，按照設(shè)定的干擾樣式進(jìn)行頻率移動(dòng)，發(fā)射干擾信號(hào)進(jìn)入敵雷達(dá)設(shè)備，經(jīng)過雷達(dá)信號(hào)處理形成如圖2所示的干擾效果，縱坐標(biāo)幅度進(jìn)行了歸一化。

圖2 移頻干擾效果

從圖2可見移頻干擾信號(hào)波形是辛格函數(shù)，干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)處理后主假目標(biāo)出現(xiàn)在真目標(biāo)之后，主假目標(biāo)幅度高于真目標(biāo)，假目標(biāo)包絡(luò)呈辛格函數(shù)逐漸遞減，當(dāng)雷達(dá)采用脈沖前沿跟蹤時(shí)，干擾效果可能會(huì)失效。

再根據(jù)圖1利用智能控制設(shè)備進(jìn)行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾實(shí)驗(yàn)，雷達(dá)接收到干擾信號(hào)后利用匹配濾波處理法進(jìn)行信號(hào)處理后的結(jié)果如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可見，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)匹配濾波器處理后，輸出信號(hào)類似于目標(biāo)信號(hào)，高階假目標(biāo)能量依次減小，若提高干擾功率，次階假目標(biāo)也能實(shí)現(xiàn)欺騙雷達(dá)的效果，假目標(biāo)的稀疏程度和位置后移及位置前移均是可控制的，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)干擾效果進(jìn)行智能調(diào)整。

圖3 假目標(biāo)后移干擾效果

圖4 假目標(biāo)前移干擾效果

敵雷達(dá)接收到干擾信號(hào)后，利用去斜處理脈沖壓縮法進(jìn)行信號(hào)處理后的結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖5、圖6可見，去斜處理脈沖壓縮法對(duì)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)的處理結(jié)果也能形成假目標(biāo)干擾效果，通過控制延時(shí)可實(shí)現(xiàn)假目標(biāo)的超前和延后，能夠?qū)崿F(xiàn)假目標(biāo)群的密集分布，利用轉(zhuǎn)發(fā)頻率、時(shí)延、占空比、干擾機(jī)功率的智能調(diào)整能產(chǎn)生不同特性的假目標(biāo)。

圖2～圖6驗(yàn)證了文中彈載智能干擾機(jī)的干擾效果，根據(jù)干擾效果的優(yōu)劣評(píng)估，智能調(diào)整所采用的干擾方案，移頻干擾和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾均能對(duì)敵方的探測(cè)與制導(dǎo)雷達(dá)產(chǎn)生干擾效果，達(dá)到欺騙敵雷達(dá)的效果，不管雷達(dá)采用何種信號(hào)處理方法，干擾信號(hào)在智能模塊的管理下均能欺騙和壓制敵方雷達(dá)。

圖6 假目標(biāo)延后分布

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果優(yōu)劣直接影響敵方探測(cè)和制導(dǎo)雷達(dá)威力。以彈載干擾機(jī)干擾敵方雷達(dá)信號(hào)為背景，系統(tǒng)分析轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理，包括移頻干擾和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾，提出彈載智能干擾雷達(dá)假目標(biāo)系統(tǒng)流程，分析轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果。利用智能干擾系統(tǒng)進(jìn)行3個(gè)仿真干擾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說明該智能干擾系統(tǒng)能有效干擾敵探測(cè)和制導(dǎo)雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)欺騙和壓制敵雷達(dá)的目的，為彈載智能干擾機(jī)走向?qū)嵱没峁┝酥笇?dǎo)。