對(duì)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)的靈巧噪聲干擾樣式研究?

（91404部隊(duì) 秦皇島 066001）

1 引言

近年來(lái)，對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)靈巧噪聲干擾技術(shù)的研究越來(lái)越廣泛和深入。靈巧噪聲干擾實(shí)際上是噪聲干擾和欺騙性干擾的組合，其原理是利用數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)，將全部或部分雷達(dá)脈沖采樣存儲(chǔ)，附以噪聲或多普勒調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)，在雷達(dá)的實(shí)際目標(biāo)回波前后叢生，幅度隨機(jī)起伏，形成較好的壓制和擾亂效果［1～2］。

通過(guò)分析線性調(diào)頻信號(hào)脈壓的原理可知，要想對(duì)敵方脈壓雷達(dá)形成較強(qiáng)的干擾效果，干擾信號(hào)必須與雷達(dá)信號(hào)具有相位參考關(guān)系，這樣干擾信號(hào)才能進(jìn)入雷達(dá)的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)，否則無(wú)法產(chǎn)生干擾作用。通過(guò)DRFM復(fù)制目標(biāo)雷達(dá)的發(fā)射脈沖產(chǎn)生干擾信號(hào)，保證了其中心頻率與目標(biāo)雷達(dá)的一致性，并且干擾波形與雷達(dá)信號(hào)具有相干性。對(duì)技術(shù)已然成熟的脈沖壓縮雷達(dá)來(lái)說(shuō)，即使其采用了脈內(nèi)和脈間相干技術(shù)，干擾信號(hào)依然可以抵消被干擾對(duì)象的部分相干處理增益，使其無(wú)法正常工作［4～5］。

靈巧噪聲干擾的目的是同時(shí)達(dá)成噪聲干擾和欺騙干擾的效果，其前提是對(duì)雷達(dá)信號(hào)的精確測(cè)量，包括近似100%截獲雷達(dá)脈沖，實(shí)時(shí)測(cè)量得到干擾對(duì)象的載頻、重頻調(diào)制特性以及脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)。靈巧噪聲干擾的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)字頻率存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)這種技術(shù)可以恢復(fù)雷達(dá)信號(hào)的脈沖調(diào)制特征。DRFM的輸出信號(hào)雖然能夠通過(guò)雷達(dá)的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)獲得處理增益，但是或多或少存在時(shí)間延遲［6～7］。本文選取了一些典型的靈巧噪聲干擾樣式，包括叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾、延時(shí)疊加多假干擾、前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾和步進(jìn)取樣群集干擾等，并對(duì)這些干擾樣式進(jìn)行了原理分析和仿真研究。值得注意的是，考慮到干擾信號(hào)功率是衡量干擾影響的重要因素，且在干擾信號(hào)功率之比中方便計(jì)算，因此在文章中估算這種靈巧噪聲干擾仿真的效果時(shí)，重點(diǎn)參考了干擾信號(hào)功率之比的標(biāo)準(zhǔn)。

2 移頻叢偽復(fù)合干擾

基于頻移的叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾，就是存儲(chǔ)干擾器通過(guò)全脈沖（包括脈沖內(nèi)調(diào)制信息）接收到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，并在進(jìn)行頻移調(diào)制后進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。雷達(dá)接收機(jī)接收到干擾信號(hào)后，它會(huì)在實(shí)際目標(biāo)回波之前和之后通過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮處理形成許多錯(cuò)誤的目標(biāo)干擾信號(hào)，從而影響脈壓雷達(dá)先檢測(cè)后識(shí)別再跟蹤目標(biāo)。基于線性調(diào)頻信號(hào)的距離--多普勒耦合這一特性，設(shè)計(jì)了頻移叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾樣式［8～10］。

設(shè)目標(biāo)雷達(dá)的線性調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式為

其中，k為調(diào)頻斜率，τ為脈沖寬度，f0為中心頻率下限。

對(duì)該信號(hào)移頻調(diào)制的干擾信號(hào)表示為

由于DRFM采樣位數(shù)限制，干擾信號(hào)與回波信號(hào)的脈內(nèi)調(diào)制斜率往往并不一致，二者之間存在誤差Δk，轉(zhuǎn)發(fā)生成的干擾信號(hào)可表示為

通過(guò)理論分析可知，對(duì)脈壓雷達(dá)的欺騙干擾效果與調(diào)制斜率誤差Δf直接相關(guān)，Δf值越小，移頻處理之后的干擾信號(hào)欺騙效果越逼真，所以應(yīng)該選擇合適的移頻量，這里選擇Δf≤B/2，B為調(diào)制帶寬。與此同時(shí)，假如欺騙干擾同一時(shí)間只能產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，則很輕易就被雷達(dá)處理掉。為解決這一問(wèn)題，可以采用同時(shí)發(fā)射多個(gè)疊加脈沖的叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾方法。如果干擾機(jī)產(chǎn)生的假目標(biāo)數(shù)量足夠多，就會(huì)對(duì)脈壓雷達(dá)同時(shí)產(chǎn)生噪聲干擾和欺騙干擾的效果。

下面給出叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾的仿真結(jié)果，假設(shè)脈壓雷達(dá)的中心頻率為9370MHz，脈沖寬度Tp=9μs。

1）選擇脈沖疊加個(gè)數(shù)為10個(gè)，頻率偏移量Δf=-1×106，調(diào)頻斜率誤差Δk=0，線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮輸出結(jié)果如圖1所示。

圖1 疊加10個(gè)脈沖的移頻干擾

2）選擇脈沖疊加個(gè)數(shù)為40個(gè)，頻率偏移量Δf=-1×105，調(diào)頻斜率誤差Δk=0，線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮輸出結(jié)果如圖2所示。

圖2 疊加40個(gè)脈沖的移頻干擾

3）選擇脈沖疊加個(gè)數(shù)為40個(gè)，頻率偏移量Δf=-1×105，調(diào)頻斜率誤差Δk=0.1k，線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮輸出結(jié)果如圖3所示。

圖3 疊加40個(gè)脈沖的移頻干擾

以上仿真結(jié)果表明，附加頻移的叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾具有良好的干擾效果。通過(guò)比較前后結(jié)果可以看出，多普勒頻率偏移量越小，叢集目標(biāo)復(fù)合干擾的效果越好，疊加脈沖數(shù)的多少直接影響干擾效果，脈沖數(shù)越多干擾效果越好。注意在此種干擾樣式中，調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)FM斜率應(yīng)與雷達(dá)回波信號(hào)盡可能一致，以期獲得更好的干擾效果。這就提升在設(shè)計(jì)干擾信號(hào)時(shí)，可以減小頻移間隔用以增加虛假目標(biāo)的密度，也可以通過(guò)改變頻移的正負(fù)值，欺騙產(chǎn)生超前或滯后的叢集虛假目標(biāo)。

3 延時(shí)疊加多假干擾

為使機(jī)載脈壓雷達(dá)在跟蹤目標(biāo)時(shí)能夠獲得更多的處理增益，發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)相參且脈沖寬度比較高，僅靠噪聲壓制難以取得理想的效果?，F(xiàn)代雷達(dá)的相參處理技術(shù)越來(lái)越強(qiáng)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾產(chǎn)生的虛假目標(biāo)數(shù)量較少，難以形成類似真實(shí)目標(biāo)的欺騙效果。如果干擾機(jī)在處理時(shí)能夠延遲N個(gè)采樣周期、疊加產(chǎn)生多個(gè)相干脈沖，并在干擾脈沖中保留原始信號(hào)的調(diào)制信息，就會(huì)在雷達(dá)處理結(jié)果上附加產(chǎn)生大量具有擾亂作用的目標(biāo)信號(hào)，對(duì)使用脈沖壓縮信號(hào)的機(jī)載雷達(dá)有更好的干擾效果，尤其是對(duì)工作于脈沖多普勒模式的機(jī)載火控雷達(dá)而言，干擾非常有效［11～12］。

設(shè)脈沖壓縮雷達(dá)的時(shí)域信號(hào)為s（t），經(jīng)干擾機(jī)數(shù)字儲(chǔ)頻調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)為J（t），延時(shí)時(shí)間用t0表示，這里取做采樣周期的倍數(shù)，則干擾機(jī)發(fā)射的單個(gè)延遲干擾信號(hào)可表示為

設(shè)目標(biāo)雷達(dá)的響應(yīng)函數(shù)為h（t），雷達(dá)回波信號(hào)經(jīng)匹配濾波后輸出結(jié)果為

則干擾信號(hào)經(jīng)匹配濾波處理后，其輸出可用J0（t）表示為

通過(guò)不斷轉(zhuǎn)發(fā)、將許多單個(gè)延遲干擾信號(hào)在時(shí)域上疊加，就形成了對(duì)目標(biāo)雷達(dá)而言難以分辨的多個(gè)延遲假目標(biāo)干擾。機(jī)載脈壓雷達(dá)能夠同時(shí)測(cè)量目標(biāo)的距離和速度，由單個(gè)延遲干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤目標(biāo)如此不真實(shí)，以至于雷達(dá)稍加處理就能識(shí)別和消除這種干擾。延遲疊加多假信號(hào)避免了單個(gè)延遲干擾虛假目標(biāo)數(shù)目少、易識(shí)別的缺點(diǎn)，可以形成不同密度的虛假目標(biāo)，能夠抑制雷達(dá)探測(cè)到真實(shí)目標(biāo)。

對(duì)線性FM信號(hào)的延遲疊加多假干擾進(jìn)行了仿真分析，設(shè)雷達(dá)信號(hào)的中心頻率為9370MHz，脈沖持續(xù)時(shí)間為10μs，F(xiàn)M帶寬為11MHz，采樣頻率為201MHz。

當(dāng)使用三種不同的延遲周期和疊加脈沖數(shù)的參數(shù)設(shè)置時(shí)，延遲疊加靈巧干擾的仿真圖如圖4所示。圖4（a）被延遲了30個(gè)采樣周期，60個(gè)疊加脈沖；圖4（b）被延遲了10個(gè)采樣周期和30個(gè)疊加脈沖；圖4（c）延遲30個(gè)采樣周期，10個(gè)疊加脈沖。

圖4 延時(shí)疊加多假干擾仿真圖

如果不加延遲疊加干擾，真實(shí)目標(biāo)應(yīng)該只有一個(gè)且出現(xiàn)在0時(shí)刻。而前面三幅圖中，在真實(shí)目標(biāo)之外還出現(xiàn)了多個(gè)與真實(shí)目標(biāo)幅度相當(dāng)?shù)男盘?hào)，在脈壓雷達(dá)看來(lái)就是無(wú)法分辨的多個(gè)真實(shí)目標(biāo)。通過(guò)延遲疊加不同個(gè)數(shù)的干擾脈沖，就形成了真實(shí)目標(biāo)之后的密集存在的60個(gè)錯(cuò)誤目標(biāo)，30個(gè)錯(cuò)誤目標(biāo)和10個(gè)錯(cuò)誤目標(biāo)。當(dāng)疊加的脈沖數(shù)和延遲間隔改變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)密度和干擾變化的錯(cuò)誤目標(biāo)信號(hào)。

通過(guò)仿真可以看出，不同參數(shù)設(shè)置的延遲疊加多假干擾，延遲時(shí)間間隔越小，假目標(biāo)與真目標(biāo)的距離越接近。當(dāng)干擾功率足夠大時(shí)，增加疊加干擾脈沖的個(gè)數(shù)，能夠獲得更好的干擾效果。

4 前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾

還有一類轉(zhuǎn)發(fā)干擾，利用了脈沖壓縮雷達(dá)在一個(gè)脈沖處理周期內(nèi)，必須接收完整個(gè)寬脈寬信號(hào)才開始處理的特點(diǎn)，干擾機(jī)僅在接收前端部分脈沖之后，即開始復(fù)制脈沖并快速連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，稱之為前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾［13～14］。僅僅復(fù)制復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)還是不夠，數(shù)字儲(chǔ)頻必須對(duì)前端信號(hào)完成必要的噪聲調(diào)制，例如噪聲調(diào)幅。調(diào)制噪聲可以選擇余弦波信號(hào)、三角波信號(hào)或白噪聲，調(diào)制深度視前端調(diào)頻帶寬而定。因?yàn)閿?shù)字儲(chǔ)頻轉(zhuǎn)發(fā)的是前端部分脈沖，干擾釋放的時(shí)間比較快，這樣就能保證干擾信號(hào)在轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)象結(jié)束之前同步進(jìn)入目標(biāo)雷達(dá)接收機(jī)，破壞與目標(biāo)匹配的雷達(dá)目標(biāo)回波，進(jìn)而獲得擾亂跟蹤的目的［15～16］。

為進(jìn)一步說(shuō)明干擾信號(hào)的差異，圖5對(duì)前端復(fù)制、延遲轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)與連續(xù)噪聲調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了仿真例證。第一幅圖為一個(gè)脈沖片段的連續(xù)復(fù)制，在該干擾信號(hào)存續(xù)周期內(nèi)，原始信號(hào)的前四分之一被復(fù)制并延遲了四分之一脈沖寬度后發(fā)出。第二幅圖是一個(gè)連續(xù)噪聲調(diào)制信號(hào)。和之前的頻移干擾和延遲重疊干擾相比，因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)干擾復(fù)制的只是脈沖的前端片段，干擾信號(hào)與回波信號(hào)之間的延遲大大縮短，對(duì)數(shù)字儲(chǔ)頻存儲(chǔ)容量的要求相對(duì)更小，處理速度可以更快，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)干擾敵方雷達(dá)。

圖5 前端復(fù)制信號(hào)（a）和噪聲信號(hào)（b）

脈沖壓縮處理后的雷達(dá)回波和干擾信號(hào)輸出如圖6所示。左圖是真實(shí)的雷達(dá)回波信號(hào)，右圖是真實(shí)的雷達(dá)回波加三個(gè)假目標(biāo)的干擾信號(hào)，假目標(biāo)輕而易舉被認(rèn)出。

要想解決干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)不像的問(wèn)題，就必須考慮在前端復(fù)制干擾施加的影響之外，附加調(diào)制一個(gè)周期性的調(diào)幅噪聲。例如附加調(diào)制深度為15dB噪聲調(diào)幅信號(hào)之后，其干擾效果如圖7所示。

圖6 前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾

圖7 前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)加調(diào)幅噪聲干擾

通過(guò)仿真可以看出，真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)本來(lái)應(yīng)該出現(xiàn)在0位置處，再加上15dB的噪聲幅度調(diào)制后，前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾完全淹沒(méi)了真實(shí)目標(biāo)回波，達(dá)到了有效干擾的目的。

5 步進(jìn)取樣群集干擾

步進(jìn)取樣群集干擾是前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾的進(jìn)一步深化，具體來(lái)說(shuō)就是在雷達(dá)脈沖存續(xù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)整個(gè)雷達(dá)脈沖波形以相等間隔進(jìn)行采樣，隨后逐一延遲轉(zhuǎn)發(fā)已采樣的脈沖片段。在原始脈沖之內(nèi)進(jìn)行等間隔采樣的目的，就是使轉(zhuǎn)發(fā)的多個(gè)干擾信號(hào)與原始信號(hào)相位特征更加接近，更能形成群集欺騙的干擾效果。1/20PW等距采樣干擾效果如圖8所示，1/5PW等距采樣干擾效果如圖9所示。

圖8 1/20PW等距采樣干擾信號(hào)和形成的干擾效果

圖9 1/5PW等距采樣干擾信號(hào)和形成的干擾效果

比較圖9的兩張圖片的目標(biāo)回波，出現(xiàn)在真實(shí)目標(biāo)附近的群集目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)回波比較相似，因此推斷以相等間隔進(jìn)行采樣相比前端復(fù)制具有更好的靈巧干擾效果。分析1/20脈沖寬度等間隔采樣和1/5脈沖寬度等間隔采樣的仿真結(jié)果可以得出，脈內(nèi)采樣間隔越密集，轉(zhuǎn)發(fā)干擾的延遲就越小，真假目標(biāo)的間距就越小，但要注意假目標(biāo)的回波能量此時(shí)就越低。因此干擾信號(hào)的采樣間隔通常是距離與幅度兩者的折中。在錯(cuò)誤目標(biāo)的位置周圍還出現(xiàn)了較大的雜散，利用這一點(diǎn)可以增加增益，使其形成更多的假目標(biāo)。

圖10和圖11是步進(jìn)取樣信號(hào)增益加倍時(shí)的干擾效果仿真圖，假目標(biāo)更像真目標(biāo)，效果更好。

圖10 1/20脈寬等間隔取樣2倍增益和脈壓后波形

圖11 1/5脈寬等間隔取樣2倍增益和脈壓后波形

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)發(fā)射脈沖較寬、頻率調(diào)制、相參處理的信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同屬性的頻移叢偽目標(biāo)復(fù)合干擾、延時(shí)疊加多假干擾、前端復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾和步進(jìn)取樣群集干擾等靈巧干擾樣式，對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的模擬噪聲干擾模式進(jìn)行了仿真分析，并分別給出了每種樣式的干擾效果圖。這些干擾模式在跟蹤模式下對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)具有良好的干擾效果。為了更好地達(dá)到以假亂真的目的，還可以通過(guò)將干擾添加到噪聲中或?qū)⑦@些干擾樣式合并使用，一定會(huì)產(chǎn)生更好的干擾效果。