基于SSC盲移頻的NLFM雷達干擾技術(shù)研究

周文彬，趙忠凱，郭曉冉

(1.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001；2.解放軍 32181 部隊，河北 石家莊 050000)

0 引 言

脈沖壓縮體制雷達是現(xiàn)代電子戰(zhàn)中應(yīng)用最廣泛的雷達之一，其采用的調(diào)頻信號具有大的時寬與帶寬積，較好地解決了探測距離和距離分辨率之間的問題。其中最常用的脈沖壓縮信號有線性調(diào)頻(LFM)信號和非線性調(diào)頻信號(NLFM)。其中LFM信號經(jīng)過脈沖壓縮后的副瓣較高，為了抑制副瓣通常會進行加窗處理，然而窗函數(shù)加權(quán)會引起信號的信噪比損失和主瓣展寬的問題。NLFM信號進行脈沖壓縮后具有副瓣低的優(yōu)點，不需要做窗函數(shù)加權(quán)處理，避免了信噪比損失，并且NLFM頻率變化的速率不恒定。與LFM信號相比，NLFM信號具有更好的檢測率特性和更準(zhǔn)確的測量范圍，以及更好的偵察效果，因此對非線性調(diào)頻信號進行干擾具有非常重要的意義。由于脈沖壓縮體制的雷達信號在時間和頻率上具有強耦合性，頻率上的偏移會造成時間上的改變。在截獲的雷達信號的頻域上增加1個移頻量，會導(dǎo)致時域上產(chǎn)生一段欺騙距離，從而生成具有欺騙效果的欺騙假目標(biāo)干擾。然而傳統(tǒng)的移頻干擾存在著難以克服的缺點，即需要事先測得雷達的先驗信息。在遇到調(diào)頻斜率捷變雷達時，由于難以實時獲取雷達的調(diào)頻斜率，移頻量不能隨調(diào)頻斜率的改變而改變，產(chǎn)生假目標(biāo)的位置會發(fā)生跳變，容易被雷達識別出來，從而失去干擾效果。

王玉軍在《對LFM雷達的

N

階SSC盲移頻干擾算法》中提出了一種

N

階頻譜擴展-壓縮(SSC)的方法，即對截獲的雷達信號做

N

階和

N

-1階頻譜擴展后，用后者的延時共軛對前者做脈沖壓縮。生成的盲移頻干擾信號只與階數(shù)

N

和延時

τ

有關(guān)，可以很好地應(yīng)對捷變頻雷達。為了應(yīng)對調(diào)頻斜率捷變的S型NLFM信號，本文提出了一種基于SSC盲移頻的NLFM信號干擾技術(shù)，并通過理論分析和仿真驗證，證明了其可行性。

1 NLFM信號模型

傳統(tǒng)的LFM信號的自相關(guān)旁瓣較高，通常需要在雷達接收端進行加窗處理來抑制旁瓣，從而導(dǎo)致了信噪比的損失。為了減小信噪比的損失，提出了NLFM信號。NLFM信號是指頻率調(diào)制函數(shù)為非線性函數(shù)的一類信號，由于其通過匹配濾波器后副瓣低，減小了信噪比損失而被廣泛應(yīng)用在脈沖壓縮體制雷達中。目前比較常見的NLFM信號有S型調(diào)制信號。

S型NLFM信號的頻率變化曲線呈S型變化，其頻率調(diào)制信號的表達式為：

s

(

t

)=

A

rect(

t/T

)exp{j[2π

f

t

+

φ

(

t

)]}

(1)

本文選取的窗函數(shù)為Hamming窗，Hamming窗函數(shù)的表達式為：

(2)

式中：

B

為信號帶寬。利用相位的駐留原理，可以近似得到信號的群延時函數(shù)

t

(

f

)：

(3)

式中:

m

為調(diào)頻因子，其取值范圍為[0,1]。對式(3)求反函數(shù)即可得到NLFM信號的調(diào)頻函數(shù)

f

(

t

)：

f

(

t

)=

t

(

f

)

(4)

對調(diào)頻函數(shù)積分，得到NLFM信號的相位函數(shù)

φ

(

t

)：

(5)

可以得到S型NLFM信號的表達式：

s

(

t

)=

A

exp{j

φ

(

t

)}

(6)

2 SSC盲移頻干擾算法原理

移頻干擾是對抗脈沖壓縮雷達的一種有效手段。其利用數(shù)字射頻儲頻器(DRFM)技術(shù)截取并存儲雷達信號，通過對截取到的雷達信號進行處理，并附加1個移頻量，利用脈沖壓縮體制雷達信號時間和相位之間具有耦合性的特點，頻率上的改變會導(dǎo)致時間域的改變，從而產(chǎn)生了移頻假目標(biāo)。移頻量越大，假目標(biāo)距離回波信號越遠，匹配濾波增益越??；移頻量越小，假目標(biāo)距離回波信號越近，匹配濾波增益越大。

但是當(dāng)雷達的調(diào)頻斜率不斷變化時，由于干擾方不能實時測得調(diào)頻斜率的變化，干擾距離會發(fā)生變化，從而被雷達識別出來失去干擾效果。因此傳統(tǒng)的移頻干擾難以應(yīng)對調(diào)頻斜率變化的S型NLFM信號。

為了應(yīng)對S型NLFM信號，可以采用SSC盲移頻干擾。SSC盲移頻干擾的原理是：通過對采樣到的雷達信號及其延時信號做

N

階和

N

-1階頻譜擴展，并利用后者對前者進行脈沖壓縮，能夠產(chǎn)生固定位置的假目標(biāo)。由于其不需要測得雷達信號的參數(shù)，因此能夠很好地應(yīng)對調(diào)頻斜率捷變的雷達。具體的干擾處理框圖如圖1所示。

圖1 SSC盲移頻信號生成流程圖

本文以S型NLFM信號為例進行分析。假設(shè)截獲的雷達信號形式如式(1)，對其做SSC盲移頻干擾處理。

對S型NLFM信號做

N

階頻譜擴展得到：[

s

(

t

)]=

A

exp{j

Nφ

(

t

)}

(7)

對S型NLFM信號的延時共軛做

N

-1階頻譜擴展得：

(8)

將式(7)和式(8)相乘即可得到S型NLFM信號的

N

階SSC盲移頻干擾信號：

s

(

t

)=[

s

(

t

)][

s

(

t

-

τ

)]-1=

(9)

由式(9)可以得出，假目標(biāo)與回波信號的距離為：

(10)

由式(10)可以得出，干擾假目標(biāo)的欺騙距離僅與系統(tǒng)參數(shù)

N

和干擾機處理延時

τ

有關(guān)。即使雷達信號的中心頻率、帶寬或者脈寬發(fā)生了改變，假目標(biāo)和真實目標(biāo)之間的距離也不會改變。

3 仿真結(jié)果分析

假設(shè)NLFM信號的脈寬

T

=100 μs，帶寬

B

=20 MHz，采樣頻率

f

=100 MHz，調(diào)頻因子

m

=0.07，加入信噪比為20 dB的高斯白噪聲，選取Hamming窗函數(shù)。通過計算可以得到該S型NLFM信號的時頻曲線，將生成的S型NLFM信號通過匹配濾波器，得到其脈沖壓縮圖。仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 信號時頻圖與脈壓圖

觀察圖2(a)可以發(fā)現(xiàn)，S型NLFM信號的時頻曲線呈S形變化，曲線的彎曲程度跟調(diào)頻因子

m

有關(guān)，

m

越小彎曲程度越大，

m

越大彎曲程度越小。當(dāng)

m

=1時，信號的時頻曲線變成一條直線，NLFM信號變成LFM信號。因此，可以把LFM信號看作NLFM信號的一種特殊情況。觀察圖2(b)，S型NLFM信號經(jīng)過脈沖壓縮后信號主瓣寬度很窄，副瓣與LFM信號相比有所降低。且副瓣的降低幅度與調(diào)頻因子

m

有關(guān)，調(diào)頻因子

m

越小，副瓣越低，主瓣有一定程度的展寬；調(diào)頻因子

m

越大，副瓣越高，主瓣越窄。假設(shè)截取S型NLFM信號的帶寬、脈寬和調(diào)頻因子保持不變。為了得到干擾距離為1.2 km的干擾假目標(biāo)，由式(10)可以取SSC盲移頻干擾的系統(tǒng)階數(shù)

N

為3，干擾機處理延時

τ

為4 μs。將SSC盲移頻信號通過匹配濾波器后，仿真得到NLFM信號和SSC盲移頻干擾信號的脈沖壓縮圖如圖3所示。

圖3 信號脈壓圖

觀察圖3可以發(fā)現(xiàn)，SSC盲移頻干擾假目標(biāo)與NLFM目標(biāo)信號距離1.2 km，對S型NLFM信號具有干擾效果。

分別取NLFM信號的脈寬為100 μs和50 μs，保持其他參數(shù)不變，仿真得到NLFM信號和SSC盲移頻干擾信號的脈沖壓縮圖如圖4所示。

圖4 雷達信號與干擾信號脈壓圖

觀察圖4可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NLFM信號的參數(shù)改變時，保持SSC盲移頻干擾的系統(tǒng)階數(shù)和干擾機處理延時不變，干擾信號的位置保持不變。說明SSC盲移頻干擾能夠很好地隱藏信號特征參數(shù)，有效地對抗調(diào)頻斜率捷變的雷達。

保持雷達信號的參數(shù)不變，取SSC盲移頻干擾信號的系統(tǒng)階數(shù)為3，干擾機處理延時分別為2 μs、4 μs，得到NLFM信號和盲移頻干擾信號的脈沖壓縮圖如圖5所示。

圖5 不同延時SSC信號脈壓圖

圖5(a)是干擾機處理延時為4 μs時的脈壓圖，圖5(b)是干擾機處理延時為2 μs時的脈壓圖。在系統(tǒng)階數(shù)不變的情況下，干擾機處理延時越大，SSC盲移頻干擾信號距離目標(biāo)信號越遠，匹配濾波增益越小，主瓣寬度越寬。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于SSC盲移頻的NLFM雷達干擾算法，可以產(chǎn)生特定位置的假目標(biāo)干擾信號，且假目標(biāo)信號的位置不隨雷達信號的改變而改變。分析推導(dǎo)了系統(tǒng)階數(shù)和干擾機延時對干擾假目標(biāo)的影響。最后通過仿真驗證了該算法的可行性，具有一定的工程應(yīng)用價值。