數(shù)字射頻存儲應用及發(fā)展趨勢?

（海軍航空大學岸防兵學院 煙臺 264001）

1 引言

隨著雷達技術的不斷發(fā)展，不同體制雷達的應用，使得雷達分辨目標的能力有很大的提升，抗干擾性能越來越優(yōu)異。數(shù)字射頻存儲技術的應用，可以快速、準確、有效地采取對抗措施［1-4］。DRFM具有存儲能力可以復制雷達發(fā)射信號特征信息，可以有效地對現(xiàn)代雷達實施干擾。由于DRFM具有良好的在線編程控制能力，靈巧方便，體積重量小等優(yōu)點，故備受各國重視。國內由于起步較晚，在DRFM研究方面具有較大的發(fā)展前景，研究DRFM技術在軍事領域的應用以及發(fā)展趨勢具有重大意義。

2 DRFM技術原理、發(fā)展現(xiàn)狀及應用

2.1 DRFM技術原理

典型的DRFM系統(tǒng)如圖1所示，由ADC模塊，存儲與調制器模塊，DAC模塊以及時鐘工控模塊組成［5］。將截獲的雷達信號由ADC模塊下變頻的基帶信號進行高速采樣，將數(shù)字信號轉換成模擬信號，存儲在存儲與調制器模塊，其保留了雷達信號攜帶的細微特征信息，在需要實施干擾時，調制上特定的目標信息，再由DAC模塊將數(shù)字信號轉換成模擬信號，最后經(jīng)上變頻模塊將中頻信號轉換成高頻信號，由天線發(fā)射出去。

圖1 DRFM系統(tǒng)組成

2.2 DRFM發(fā)展及現(xiàn)狀

從1975年英國第一臺DRFM研制成功，經(jīng)過幾十年的發(fā)展與深入研究，伴隨著高速采樣技術、半導體工藝以及電路結構等技術的進步，使得DRFM在量化方式、瞬時帶寬、存儲時間、存儲方式以及雜散性能等方面的性能有了質的飛躍。

相比于傳統(tǒng)的單通道DRFM技術，文獻［6～7］提出正交雙通道DRFM實現(xiàn)結構以及信道化寬帶數(shù)字射頻存儲系統(tǒng)，最大將瞬時帶寬提升了一倍；除此之外，量化方式與瞬時帶寬也有關系，采用相位量化比幅度量化容易獲得大帶寬，但是降低了輸出信號的信噪比［8］。限于硬件性能的原因，DRFM儲器多采用一位量化方式，導致其性能不理想；隨著半導體工藝的發(fā)展，美國所研制型號為KOR-1027的DRFM采用4位相位量化方式，與同代產(chǎn)品相比在瞬時帶寬以及雜散性能方面有了較大的提升［9］，這方面我國經(jīng)過長期的研究發(fā)展，目前已經(jīng)將量化位數(shù)8位的DRFM應用于電子作戰(zhàn)系統(tǒng)［10］。DRFM經(jīng)過發(fā)展可以調制上目標散射特性，使雷達難以分辨目標真假［11］；在存儲時間方面，美國生產(chǎn)的型號為Anaren的DRFM存儲時間為250μs；21世紀初，英國EWST公司所研制的電子對抗模擬器，最大存儲時間長達500μs。

DRFM經(jīng)過幾十年的研究，已經(jīng)得到長足的發(fā)展，在各個領域應用逐漸成熟，但各方面的性能仍需要不斷的完善。研制低雜散特性、大存儲的DRFM系統(tǒng)迫在眉睫［5］；隨著新體制雷達的出現(xiàn)，雷達帶寬不斷增加，且實戰(zhàn)中電子干擾所處的電磁環(huán)境具有多種輻射源，綜合使用時頻譜范圍更寬，迫使DRFM瞬時帶寬的增加；硬件方面的研制依舊任重道遠，器件的衰落特性，存儲容量等都會給電子對抗的實際應用中帶來影響。

2.3 DRFM軍事應用

數(shù)字射頻存儲概念的提出主要是應用于軍事領域，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前軍事領域主要應用于電子干擾［12～19］和雷達射頻模擬器［20～25］的研制兩個方面。

2.3.1 電子干擾

隨著雷達技術的進步，雷達體制的發(fā)展，深度學習等一系列目標識別算法的應用［26～30］，使得傳統(tǒng)的欺騙干擾容易被雷達所識別而剔除。由于DRFM的諸多優(yōu)點，備受電子干擾領域學者的青睞。DRFM可以“存儲”截獲的雷達信號一些諸如相位等細微特征，干擾信號樣式靈活具有高度相干性，且能調制上真實目標的散射特性，即產(chǎn)生的假目標不僅可以獲得與真實目標相同的相干處理增益，而且具有類似的散射特性［11］，使得雷達難以分辨。

本文針對雷達發(fā)射信號不同、雷達體制不同，對于DRFM所采取的具體干擾方式進行論述。

信號模式層面，雷達技術日新月異，發(fā)射的信號越來越復雜。有線性調頻信號、非線性調頻信號、相位編碼信號、步進頻信號、攜帶極化編碼信息的信號以及經(jīng)過復雜調制的信號等?；贒RFM的電子干擾，基本上均為轉發(fā)式干擾，無論信號形式如何，其工作流程為截獲雷達信號、存儲雷達信號、添加干擾信息、發(fā)射假目標信號。其中在添加干擾信息這一過程由于信號形式不同，調制的方法也不盡相同；如線性調頻脈沖壓縮雷達，由于雷達信號在時間與多普勒頻率之間存在較強的耦合性，故在干擾時采用移頻干擾的方法［16］，達到欺騙雷達的效果。

對于不同的雷達體制，在實施干擾時具體的實現(xiàn)方法不同。相控陣雷達由于其在掃描方式、脈沖重復頻率以及脈沖寬度等方面變化靈活，這就要求DRFM對截獲信號的采樣方式、調制方法、轉發(fā)速度等方面靈活多變。脈沖多普勒雷達，采用相干脈沖串信號，對回波進行相參積累，具有較強的抗非相干干擾能力；基于DRFM的電子干擾不僅具有高度相干性，還可以通過既定的轉發(fā)間隔，靈活控制包含距離、速度信息的一系列假目標［31］。對于具有測高性能的雷達，一般的假目標逼真度較低，易被剔除，文獻［19］基于無人機控制以及DRFM干擾，使得假目標運動狀態(tài)更加逼近真實目標，這說明基于DRFM進行的干擾不僅需要對截獲的信號進行調制，還需要平臺本身的配合與控制。

2.3.2 DRFM在射頻仿真中的應用

DRFM技術除廣泛應用于電子干擾以外，還普遍應用于雷達射頻模擬器領域，用于測試評價以及雷達系統(tǒng)研發(fā)，故各個國家均十分重視射頻仿真技術的研發(fā)與應用。

美國諾·格公司研究開發(fā)了龐大的電磁環(huán)境作戰(zhàn)模擬器（CEESIM）可以模擬復雜動態(tài)電磁環(huán)境，可以有效地對雷達等電子戰(zhàn)設備進行測試。南非航空電子設備公司研制小型雷達信號模擬器具有重量輕，便于攜帶的優(yōu)點，且能模擬產(chǎn)生6個固定頻率的模擬信號［32］。相比于國外，我國射頻仿真領域起步較晚，初期大多是模擬單個點目標，或者多個點目標的組合，反映復雜環(huán)境可視化模擬研究較弱。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，射頻仿真領域已初具規(guī)模；文獻［20］基于DRFM與數(shù)字圖像合成器，實現(xiàn)了高分辨雷達目標回波模擬器，可以逼真的模擬復雜目標的一維距離像；陳雷［22］等以DRFM為核心完成了基于目標特性的寬帶雷達目標回波信號實時重構系統(tǒng)，具有較好的模擬精度；南京航空航天大學對相參雷達所處電磁環(huán)境進行了系統(tǒng)的模擬，并對某型雷達進行了測試，結果顯示，研制的模擬器系統(tǒng)可以精確、穩(wěn)定地工作［24］。

3 發(fā)展趨勢

隨著雷達技術的發(fā)展，雷達干擾技術發(fā)展也是突飛猛進，DRFM以其優(yōu)異的性能愈來愈受電子干擾領域專家的重視。但是DRFM的發(fā)展依舊存在著不足，先進的干擾理論由于硬件工藝的落后，不能應用于裝備，只能在軟件仿真中實現(xiàn)；對先進的雷達如相控陣雷達、認知雷達以及MIMO雷達等無法實施有效的干擾；對復雜的信號波形不能很好地采樣存儲，甚至暴露自己的干擾信息。故，DRFM依舊有很大的發(fā)展空間，以下是對DRFM發(fā)展的展望。

3.1 對新體制雷達的有效干擾

不同體制的雷達，根據(jù)其發(fā)射信號特點以及探測目標的原理進行轉發(fā)式欺騙干擾。相控陣雷達其發(fā)射信號具有截獲概率低的特點，抗干擾能力較強；且其波束指向、駐留時間控制靈活，可以對不同方位實施探測；對僅用一部干擾機實施有效干擾提出了很大的挑戰(zhàn)。成像雷達發(fā)射寬帶信號，對目標進行成像、識別；單個脈沖時間較長，對DRFM的存儲方式以及存儲量提出了更高的要求?；诖?，不僅要求改善硬件工藝提升DRFM的存儲性能，更需要發(fā)展有效的信號存儲技術，以降低DRFM應用對存儲性能的要求［33］。

3.2 對復雜信號波形的有效處理

在雷達抗干擾中，發(fā)射復雜波形抗干擾具有較好的抗干擾能力，其針對DRFM采樣、存儲、調制、轉發(fā)需要處理時間以及對發(fā)射信號“加密”處理而進行的主動抗干擾方式［34～35］，這就要求提升芯片工藝，增加存儲量，對截獲的雷達信號進行快速處理，以應對雷達發(fā)射的復雜波形。DRFM可以準確復制雷達信號的信息，但是無法預知雷達下一時間的發(fā)射信號，文獻［36］基于脈沖分集理論發(fā)射攜帶水印的信號，利用回波信號延遲的時間，對比回波上數(shù)字水印的不同，以達到抗DRFM干擾的效果。這就要求DRFM在延遲轉發(fā)之前，利用深度學習等有效算法，破譯敵方信號的規(guī)則，有針對性地延遲轉發(fā)干擾。

3.3 對DRFM器件特性的改善

對抗基于DRFM的欺騙干擾，不僅有發(fā)射復雜信號波形的主動抗干擾方式，還有基于DRFM組成器件固有特性，導致轉發(fā)信號與真實目標回波信號差異進行的抗干擾識別?；贒RFM轉發(fā)信號的相位量化特性，以識別干擾信號［37］；除此之外在進行采樣量化時，將導致轉發(fā)信號有諧波分量產(chǎn)生，易被識別。故，今后研究干擾算法的同時應提高DRFM各個組成器件的工藝水平，可以高逼真地模擬出假目標信號。

3.4 高逼真的欺騙干擾

隨著寬帶雷達的應用，真實目標的回波不再是點目標，而是由許多強散射點的回波疊加之和，且回波中包含著極化信息；所以基于DRFM的轉發(fā)式欺騙干擾在對信號進行調制時，需要添加真實目標的散射特性，以使得假目標更加逼真；在對截獲的信號進行量化、采樣時的量化方法以及量化位數(shù)也會影響假目標的逼真性；除此之外，考慮到假目標個數(shù)、假目標在高度、角度、速度、距離之間的耦合關系，在程序設置時應更加謹慎，也是當前急需解決的問題。

3.5 智能化欺騙干擾

認知雷達是新一代智能雷達系統(tǒng)，在雷達信號的接收與發(fā)射具有自適應能力，可以與環(huán)境進行交互學習，以調整自身的參數(shù)，提高對環(huán)境的適應性能［38］。基于DRFM的轉發(fā)式欺騙干擾靈活多變，對信號的采樣、存儲方式以及調制多種多樣；但是只能按照既定的程序進行轉發(fā)處理，沒有達到自適應，可調節(jié)的能力。隨著人工智的發(fā)展，逐漸應用于各個領域，但是在DRFM方面卻少有研究；將人工智能技術應用于DRFM工作流程中，以使其能夠根據(jù)環(huán)境，自主選擇信號量化方式、采樣率、量化位數(shù)、存儲方式以及調制方法等，以適應復雜的電磁環(huán)境。

4 結語

傳統(tǒng)的干擾方式無法有效地在復雜的電磁環(huán)境中實施干擾；DRFM技術至今，已得到長足的發(fā)展，在電子對抗，射頻仿真領域發(fā)揮著至關重要的作用。但是在具體應用上依舊存在著許多不足，有很大的發(fā)展空間，依舊是電子戰(zhàn)領域研究的熱點。