雷達干擾多假目標欺騙效果研究*

李 楠

(西京學院信息工程學院，西安 710123)

0 引言

近年美軍機到我南海和東海進行電子情報偵察成為常態(tài)，其中尤以RC-135偵察機和P-8A“海神”偵察機最為頻繁，RC-135偵察機前端雷達探測距離遠達238～370 km，在360 km內(nèi)距離分辨力達3.7 m。P-8A偵察機裝備的APY-10、APS-137雷達則有更強的目標探測能力。美軍強大的偵察探測能力對我構成極大的威脅，如何有效地進行回擊是擺在科技工作者面前的急迫任務。針對探測雷達的工作原理，利用雷達信號轉發(fā)實現(xiàn)對敵雷達的相干干擾是有效的辦法，干擾信號可實現(xiàn)壓制和欺騙回波信號，從而降低敵方的雷達探測能力。雷達干擾與雷達抗干擾歷來是矛盾的雙方，雷達抗干擾技術的提升迫使干擾技術的不斷發(fā)展。

針對雷達干擾技術，文獻[1]研究噪聲干擾和多假目標干擾的功率關系表達式，進行干擾效能分析和評估，對電子戰(zhàn)干擾模式的選擇有重要的指導。文獻[2]對線性調(diào)頻脈沖雷達轉發(fā)干擾從數(shù)學角度進行研究，得到脈寬損耗、峰值功率損耗、峰值時延的數(shù)學表達式，從時頻域定量分析了轉發(fā)干擾的欺騙效果。文獻[3]研究轉發(fā)干擾對單脈沖測角雷達的欺騙效果及干擾機的設計和使用。文獻[4]研究無人轉發(fā)干擾載荷對海戰(zhàn)場雷達信號的干擾效能。文獻[5]研究相控陣雷達旁瓣混合干擾，將方位飽和干擾同卷積干擾融合，實現(xiàn)更靈活有效的相控陣雷達旁瓣干擾。文獻[6]針對重頻參差、步進頻等新體制雷達，研究頻譜擴展-壓縮的移頻干擾，結果表明移頻干擾能對該種雷達產(chǎn)生有效的欺騙效果。文獻[7]研究SAR方位向的延時轉發(fā)干擾，結果表明干擾可形成二維可控的方位向假目標串，且多普勒頻移能保留低階假目標。文獻[8-12]研究轉發(fā)干擾多假目標效果和其對成像雷達的干擾效能，并給出了實施干擾的策略及注意問題。

綜上，國內(nèi)對雷達干擾的問題進行了深入研究，取得了一些研究成果，但在實戰(zhàn)及作戰(zhàn)訓練中采用的裝備并不多。出于軍事保密，國外對雷達干擾技術進行了嚴格控制，國內(nèi)實用的雷達干擾裝備進步十分緩慢，文中系統(tǒng)梳理雷達干擾的技術原理，給出自動雷達干擾系統(tǒng)框圖，從雷達處理設備的角度分析干擾信號進入雷達經(jīng)處理后的信號表現(xiàn)形式，用以指導干擾信號的產(chǎn)生，實現(xiàn)對敵雷達回波的有效干擾，干擾仿真結果表明，轉發(fā)干擾形成的相干干擾效果對匹配濾波和去斜壓縮處理設備均能形成有效的多假目標干擾效果，降低雷達探測目標的能力，具有壓制和欺騙雷達信號的能力。

1 干擾系統(tǒng)建模

國外研究出X波段寬帶雷達干擾機原型樣機如圖1，原型機采用DRFM截獲雷達信號，經(jīng)過調(diào)制轉發(fā)出去，實現(xiàn)對敵方雷達的相干干擾，其干擾效果十分突出。

圖1 雷達干擾樣機

文中構建的自動雷達干擾系統(tǒng)組成框圖如圖2。采用DRFM設備存儲偵察接收的雷達信號，雷達信號經(jīng)過接收機天線進入低通濾波放大器，再下變頻，經(jīng)過自動控制設備和干擾調(diào)制處理，形成干擾信號，再經(jīng)上變頻，利用增益控制和發(fā)射天線將干擾信號對準敵雷達發(fā)射出去，干擾信號同目標信號同時通過主瓣和副瓣進入敵雷達，在雷達屏幕上形成欺騙和壓制干擾。結合干擾效果評估結果，適時調(diào)整干擾信號樣式及轉發(fā)方式，最大效能的干擾敵雷達設備，實現(xiàn)壓制和欺騙敵雷達的目的。

圖2 自動雷達干擾系統(tǒng)原理框圖

雷達設備接收到目標回波信號和干擾信號之后，要進行相應的信號處理才能獲得所需要的目標信息。

典型的雷達信號處理主要有匹配濾波處理和去斜處理脈沖壓縮，分別如圖3和圖4所示。匹配濾波處理通過接收天線收到回波和干擾信號，經(jīng)低噪放大進行下變頻，通過匹配濾波處理得到脈壓輸出信號。去斜處理利用接收天線收到電波同參考信號進行混頻，經(jīng)低通濾波由壓縮輸出得到目標信息。

圖3 匹配濾波處理

圖4 去斜處理脈沖壓縮

2 信號處理分析

為實現(xiàn)對雷達的有效干擾，需要研究信號進入雷達處理器之后的處理效果，從信號處理效果找出所要采用的干擾信號樣式。圖3和圖4 是常用的雷達信號處理流程，多數(shù)雷達均采用線性調(diào)頻信號進行工作，它有大的時寬-脈寬積，能解決作用距離同距離分辨率之間的矛盾。因此下面以LFM信號為研究對象，分析該信號進入雷達后的處理效果，主要分為匹配濾波處理和去斜處理脈沖壓縮。

2.1 匹配處理

假設轉發(fā)信號所用采樣是矩形脈沖序列，采樣脈寬為τ，采樣周期為Ts，采樣信號如下：

(1)

采樣信號頻譜形式如下：

(2)

式中:Sa(x)=sin(x)/x為辛格函數(shù)。

假設雷達方發(fā)射LFM信號時寬為T，調(diào)制斜率為K，信號帶寬為B，其信號形式如下：

(3)

采樣之后的干擾信號形式如下：

(4)

每一段干擾信號形式如下：

1≤n≤N

(5)

第n段干擾信號頻譜形式為:

(6)

采樣后的信號頻譜形式為:

(7)

xs(t)經(jīng)匹配濾波后得:

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

(8)

其頻譜形式如下：

(9)

可見ys(t)可看作諸多不同多普勒頻移目標回波經(jīng)匹配濾波處理后輸出的信號加權和。

ysn(t)最大值處在如下位置：

(10)

式中:ξn=nfs。

ysn(t)的最大值為:

(11)

相鄰峰值點相距大小為:

(12)

2.2 去斜處理

假設發(fā)射信號是LFM信號，回波信號形式如下：

(13)

式中，tr為回波時延。

回波同參考本振混頻后有如下形式：

(14)

假設TL為混頻參考延時，參考信號形式如下：

(15)

參考信號同采樣轉發(fā)信號混頻得如下形式：

(16)

去斜后干擾信號頻譜形式如下：

(17)

3 仿真分析

為說明文中雷達干擾系統(tǒng)的干擾效能，仿真分析轉發(fā)干擾信號進入匹配濾波和去斜脈壓處理后的表現(xiàn)形式。雷達干擾一般利用一維干擾和二維成像干擾來呈現(xiàn)。關于二維成像干擾進行如下的研究，對艦船目標雷達成像進行干擾實驗[13]，雷達載頻35 GHz，信號帶寬75 MHz，采樣頻率300 MHz，重頻20 KHz，天線孔徑0.5 m，LFM信號中心頻率12 MHz，帶寬6 MHz，仿真產(chǎn)生干信比為20 dB的干擾信號，進入成像雷達后形成干擾假艦船目標。圖5是艦船目標受到干擾后形成的雷達圖像。較清晰的是真實艦船目標，分布在周圍的是干擾信號所形成的假艦船。

圖5 雷達成像干擾效果

另外開展多通道SAR復合干擾技術實驗研究[14]，利用美國Sandia國家實驗室MiniSAR切片圖像數(shù)據(jù)仿真驗證，開展間歇采樣復合轉發(fā)干擾和欠采樣復合轉發(fā)干擾實驗，實驗結果如圖6。

圖6 間歇采樣轉發(fā)干擾成像效果

從圖5和圖6可見：轉發(fā)干擾信號能對合成孔徑雷達造成嚴重的干擾效果，破壞雷達對目標的探測和跟蹤。

再進行一維干擾仿真實驗，設雷達發(fā)射信號脈沖寬度50 μs，帶寬10 MHz，采樣脈寬2 μs，轉發(fā)頻率200 kHz，轉發(fā)延時5 μs，目標距離敵雷達150 km，則轉發(fā)干擾信號和目標回波信號進入雷達設備經(jīng)匹配處理和去斜脈壓處理后的效果圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 匹配處理后干擾圖

圖8 去斜脈壓處理后干擾圖

從圖5到圖8可得以下結論：轉發(fā)干擾能干擾一維和二維雷達信號；通過控制干擾信號能形成多個假目標；干擾具有壓制和欺騙效果；控制轉發(fā)時延和調(diào)制能實現(xiàn)超前和置后假信號；轉發(fā)干擾對匹配處理和去斜處理均有干擾效果；轉發(fā)干擾是實現(xiàn)相干干擾的最好選擇。

4 結語

針對美軍機頻繁對我南海和東海進行偵察的背景，提出利用轉發(fā)干擾的技術對其進行干擾破壞，構建自動雷達干擾系統(tǒng)，系統(tǒng)分析雷達干擾技術原理，研究信號進入雷達設備后的處理效果，進而在干擾系統(tǒng)中通過控制轉發(fā)信號實現(xiàn)對回波信號的干擾。干擾仿真實驗結果表明，轉發(fā)干擾效果對匹配濾波和去斜脈壓均能形成有效的多假目標干擾效果，能降低雷達探測目標的能力，同時可實現(xiàn)一維雷達和二維成像雷達的干擾目的，對雷達干擾系統(tǒng)的工程實現(xiàn)有一定的指導意義。