一種基于DRFM的針對LFM雷達(dá)的自適應(yīng)復(fù)合干擾技術(shù)

徐 磊，俞成龍，陳 旭

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

線性調(diào)頻(LFM)信號脈沖壓縮雷達(dá)，因其具有良好的功率優(yōu)勢，以及對回波多普勒不敏感的特性，具有廣泛的應(yīng)用[1-2]。在數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術(shù)的發(fā)展推動下，干擾技術(shù)也得到了快速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬干擾變?yōu)榱藬?shù)字干擾，轉(zhuǎn)發(fā)信號與原始信號具有很高的相干性[3]，且干擾信號相關(guān)性好，使干擾具備壓制、欺騙的雙重特性，能有效對抗雷達(dá)的脈壓系統(tǒng)，功率利用率高，干擾效果好。對雷達(dá)輻射源信號脈內(nèi)特征評估的研究成為雷達(dá)對抗領(lǐng)域中的一個研究方向[4]?；贒RFM技術(shù)的干擾有全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾、式樣脈沖干擾、準(zhǔn)式樣脈沖干擾等[5]。文獻(xiàn)[6]對基于DRFM技術(shù)的干擾進行了研究，將截獲到的信號進行幅度、頻率、相位調(diào)制后作為干擾信號轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，得到較好的干擾效果。LFM信號的距離多普勒耦合特性使得移頻轉(zhuǎn)發(fā)干擾具有較好的干擾性能。針對LFM脈沖壓縮雷達(dá)開展基于DRFM技術(shù)的移頻調(diào)制干擾技術(shù)研究具有十分重要的意義。

現(xiàn)有的移頻欺騙干擾易被雷達(dá)識別，壓制干擾全距離段壓制，造成功率浪費，且欺騙壓制分時實施，針對此問題，本文提出一種基于DRFM技術(shù)的自適應(yīng)壓制欺騙復(fù)合干擾方法，產(chǎn)生以掩護目標(biāo)為中心的可設(shè)寬度的條帶式壓制干擾和預(yù)設(shè)起始干擾位置的距離拖曳式欺騙干擾，并且壓制欺騙干擾同時實施。給出了移頻干擾對LFM雷達(dá)的干擾機理，給出自適應(yīng)干擾信號的模型及實現(xiàn)步驟，并進行了大量仿真實驗和性能分析。

1 移頻干擾對LFM雷達(dá)的干擾機理

LFM信號是一種常用的雷達(dá)脈沖信號，具備大時寬帶寬積的優(yōu)勢，可用脈沖壓縮獲取增益，并且對目標(biāo)回波信號的多普勒頻移不敏感，技術(shù)較為成熟[7]。雷達(dá)接收到目標(biāo)反射回的電磁波，在信號處理系統(tǒng)中進行脈沖壓縮，實質(zhì)上是對雷達(dá)回波信號進行匹配或降旁瓣失配濾波處理。在匹配濾波處理中，與雷達(dá)發(fā)射波形不相關(guān)的干擾信號不能獲得相應(yīng)的處理增益，提升了雷達(dá)的抗非相參干擾能力。

LFM信號定義為：

(1)

移頻干擾信號是由 DRFM 系統(tǒng)對截獲的線性調(diào)頻雷達(dá)信號相位調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)而形成的，干擾信號進入雷達(dá)接收機后，相對于原信號，其信號頻率發(fā)生了fψ的頻移，移頻干擾信號定義為：

(2)

經(jīng)匹配濾波器后輸出的信號為[8]：

0

(3)

(4)

雷達(dá)接收到的相同功率的目標(biāo)回波匹配濾波輸出峰值ymax和移頻干擾回波失配濾波峰值yψmax關(guān)系為：

(5)

2 基于DRFM的自適應(yīng)壓制欺騙復(fù)合干擾方法

針對LFM雷達(dá)，設(shè)計了一種基于DRFM技術(shù)的自適應(yīng)壓制欺騙復(fù)合干擾方法。該方法對接收到的雷達(dá)信號進行式樣截取，通過對截取信號進行移頻調(diào)制，在距掩護目標(biāo)指定距離處形成欺騙干擾，在脈間內(nèi)利用窗函數(shù)特性曲線對移頻量進行二次調(diào)制，產(chǎn)生自適應(yīng)距離拖曳干擾。根據(jù)截獲的雷達(dá)信號時寬、帶寬和預(yù)設(shè)的干擾位置自動計算欺騙干擾的移頻量，根據(jù)拖曳策略及選定的窗函數(shù)生成二次移頻量。通過對截取信號進行移頻調(diào)制的同時進行變調(diào)頻斜率調(diào)制，以掩護目標(biāo)為目的在目標(biāo)位置形成可設(shè)寬度的條帶式壓制干擾。根據(jù)截獲的雷達(dá)信號時寬、帶寬和掩護目標(biāo)的位置計算壓制干擾的移頻量，根據(jù)設(shè)置的壓制范圍自動計算調(diào)頻斜率調(diào)制量。

信號模型如圖1所示，單個脈沖內(nèi)期望得到的干擾效果如圖2所示。

圖1 干擾信號模型示意圖

圖2 單個脈沖干擾期望效果圖

自適應(yīng)干擾具體實現(xiàn)步驟如下，流程圖如圖3所示。

圖3 自適應(yīng)干擾方法流程

(1) 截取雷達(dá)信號并對參數(shù)進行分析，獲得截取段的線性調(diào)頻信號時寬寬度T1，帶寬寬度B1。

(2) 計算截獲的雷達(dá)信號調(diào)頻斜率K，給出干擾機轉(zhuǎn)發(fā)延時時間t0。

(3) 生成干擾(分2種情況)：

① 生成條帶式壓制干擾J1

(a) 設(shè)置以掩護目標(biāo)為中心的條帶式壓制干擾壓制范圍J1R。

(b) 計算該壓制范圍下變調(diào)頻斜率調(diào)制后的調(diào)頻斜率k1:

(6)

式中：a為調(diào)頻斜率改變系數(shù)；C為光速；K為原信號調(diào)頻斜率；J1R為壓制范圍；T1為截取信號的時寬。

(c) 計算將條帶式壓制干擾中心調(diào)制到掩護目標(biāo)位置的移頻量fJ1ψ：

(7)

(d) 生成干擾中心與被掩護目標(biāo)位置重合的條帶式壓制干擾J1。

② 生成欺騙干擾

以下公式中B為雷達(dá)信號帶寬可根據(jù)偵察估計值確定，如無法確定則取B1。

(a) 設(shè)置初始干擾距離J2R0，即經(jīng)雷達(dá)匹配濾波后第一個干擾脈沖距離被掩護目標(biāo)的距離，滯后被掩護目標(biāo)為正，超前目標(biāo)為負(fù)。

(8)

(b) 計算第1個轉(zhuǎn)發(fā)脈沖的初始頻移量fJ2ψ0。

(9)

式中：移頻范圍為[-B1，B]。

(c) 設(shè)置欺騙干擾策略，選擇脈間距離拖曳干擾以初始干擾距離為起點后拖或前拖，如后拖，移頻量逐個脈沖減小；如前拖，移頻量逐個脈沖增加，具體移頻量計算見(d)。

(d) 計算第i個脈沖的移頻量fJ2ψi。

前拖干擾二次移頻最大值為fΔψmax=B-fJ2ψ0，后拖干擾二次移頻最小值為fΔψmin=-B1-fJ2ψ0。

設(shè)對雷達(dá)進行N脈沖時間干擾，取點數(shù)為2N的窗函數(shù)為w，則前拖干擾第i個移頻增量為fΔψmax×w(i)，后拖干擾第i個移頻增量為fΔψmin×w(i)。

(e) 生成距被掩護目標(biāo)指定距離為起始的前拖或后拖自適應(yīng)欺騙干擾J2。

(4) 將壓制干擾和欺騙干擾進行加權(quán)調(diào)制，形成復(fù)合干擾：

(10)

式中：n為掩護目標(biāo)個數(shù)，n∈(1，2，…，K)；α，β為壓制干擾和欺騙干擾權(quán)重。

場景應(yīng)用實例：干擾機掩護5架突防飛機，在遠(yuǎn)區(qū)時，將n設(shè)置為5，權(quán)重β調(diào)節(jié)為0，干擾機對LFM雷達(dá)實施遠(yuǎn)距離多條帶式壓制干擾。飛機突防到一定距離后，調(diào)節(jié)權(quán)重α，β值，干擾機對LFM雷達(dá)實施壓制和欺騙復(fù)合式干擾。在近區(qū)時，根據(jù)突防的飛機數(shù)量調(diào)節(jié)n值，將權(quán)重α調(diào)節(jié)為0，干擾機對LFM雷達(dá)實施距離拖曳式欺騙干擾。

3 仿真分析

參數(shù)設(shè)計：雷達(dá)信號帶寬B=50 MHz，時寬T=50 μs，重復(fù)周期fPRT=250 μs，采樣率Fs=100 MHz，底噪功率P1=-10 dB，信號功率P2=0 dB，數(shù)字儲頻截取時寬T1=25 μs，等待轉(zhuǎn)發(fā)時間t0=0.1 μs，干擾機及掩護目標(biāo)距雷達(dá)距離R=15 km，壓制干擾覆蓋范圍J1R=950 m，壓制干擾幅度調(diào)制α=60 dB，欺騙干擾距掩護目標(biāo)初始距離J2R0=5 km，欺騙干擾幅度調(diào)制β=30 dB，拖曳方式為后拖，移頻調(diào)制窗函數(shù)w選擇hamming窗。常規(guī)移頻干擾移頻量為-8.233 MHz。

仿真結(jié)果如圖4～圖7所示。

圖7 常規(guī)移頻干擾下多脈沖脈壓結(jié)果

圖4給出了雷達(dá)初始脈沖受干擾前后脈壓結(jié)果的對比，受干擾前雷達(dá)可正常檢測到目標(biāo)，受到自適應(yīng)干擾后，以被掩護目標(biāo)為中心產(chǎn)生條帶式壓制干擾效果，距離掩護目標(biāo)5 km處產(chǎn)生欺騙干擾效果。

圖4 初始脈沖受干擾前后脈壓結(jié)果對比圖

圖5、圖6給出了干擾前后多脈沖脈壓結(jié)果對比仿真三維圖和俯視圖，受干擾前雷達(dá)可正常檢測到目標(biāo)，受到自適應(yīng)干擾后，在32個脈沖持續(xù)時間內(nèi)，以被掩護目標(biāo)為中心持續(xù)存在條帶式壓制干擾效果，距離掩護目標(biāo)5 km處產(chǎn)生的欺騙干擾逐個脈沖向后拖曳。圖7給出了常規(guī)移頻干擾下多脈沖脈壓結(jié)果，在距離掩護目標(biāo)5 km處產(chǎn)生欺騙干擾效果，常規(guī)移頻干擾易被雷達(dá)識別。

圖5 干擾前后多脈沖脈壓結(jié)果對比三維圖

圖6 干擾前后多脈沖脈壓結(jié)果對比俯視圖

由Matlab仿真結(jié)果得知干擾效果和設(shè)計保持一致，本文所提自適應(yīng)干擾方法能對LFM雷達(dá)產(chǎn)生較好的干擾效果，且不易被雷達(dá)識別。

4 結(jié)束語

基于數(shù)字儲頻技術(shù)，提出了一種針對LFM雷達(dá)脈沖壓縮的自適應(yīng)壓制欺騙復(fù)合干擾方法。利用截獲的雷達(dá)信號時寬、帶寬、轉(zhuǎn)發(fā)延時設(shè)置干擾參數(shù)，自動生成移頻干擾所需的移頻量。以掩護目標(biāo)為中心形成可設(shè)寬度的條帶式壓制干擾，在距掩護目標(biāo)指定距離為起始，形成距離拖曳式自適應(yīng)欺騙干擾，且壓制和欺騙干擾可同時實施。并對其進行了仿真分析，驗證了算法的有效性。在仿真中欺騙干擾進行了后拖動處理，前拖處理原理與之相同，不再贅述。仿真參數(shù)為效果示意，不代表雷達(dá)真實參數(shù)。