基于卷積調制靈巧噪聲的艦載雷達壓制干擾研究

王瑞革 楊 怡 劉鑫超 吳 皓 李辰梓

(1.中國人民解放軍92785部隊 秦皇島 066200；2.西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電子對抗的作用和地位越來越受到各國關注，近年來，海軍對于艦載雷達在復雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力尤為重視，在對艦載雷達實施壓制干擾的干擾樣式中，靈巧噪聲干擾作為一種對新體制雷達的有效干擾方法，受到眾多研究者的持續(xù)關注。該種干擾可以產(chǎn)生與目標回波非常相似的干擾信號，能根據(jù)干擾對象和干擾環(huán)境靈活變化，使干擾能量集中在雷達信號帶寬內，并能根據(jù)不同雷達信號的特征，選擇干擾效果最好，針對性最強的干擾波形自適應的改變信號形式和參數(shù)，并且兼具壓制性和欺騙性兩種干擾性質[1-2]。

本文介紹了艦載雷達壓制干擾環(huán)境下針對LFM信號以DRFM技術為基礎的卷積調制靈巧噪聲干擾的產(chǎn)生原理、仿真分析、應用場景、干擾強度等級劃分以及雷達被干擾效果等內容，合理地支撐了海軍電子對抗實戰(zhàn)訓練中干擾方案的制定，并為后續(xù)艦載雷達干擾及抗干擾工作的開展提供了先驗信息。

1 靈巧噪聲干擾

電子戰(zhàn)專家斯萊赫在專著《信息時代的電子戰(zhàn)》一書中提出了目前公認的較為權威的靈巧噪聲干擾的概念，具體表述為：靈巧噪聲技術兼有欺騙干擾和遮蓋性干擾的特點，由干擾機運用視頻噪聲將截獲的雷達發(fā)射信號進行時域上的調制，產(chǎn)生的干擾在時域和頻域上與真實回波重疊并且覆蓋住目標回波。這種干擾波形沒有直接轉發(fā)式干擾的全部效果，但要求比噪聲干擾機更多地了解敵方雷達信息，能更好地利用干擾能量[3-4]。

1.1 DRFM技術卷積調制靈巧噪聲原理

在對雷達信號的時頻信息精確偵察之后，產(chǎn)生靈巧干擾的方法主要有：直接數(shù)字合成(DDS)和基于數(shù)字射頻存儲技術(DRFM)兩種方式來實現(xiàn)，DDS需要結合被干擾雷達的先驗知識和更多情報來支撐。DRFM能在一定時長下高精度地保存相參脈沖信號并對其脈內相參復制，將雷達的脈內調制無失真地復制保存下來，在發(fā)射干擾時復制轉發(fā)當前存儲的雷達波形信號[5]。以典型的雷達信號LFM信號為研究對象，基于DRFM技術卷積調制靈巧干擾原理框圖如圖1所示。

圖1 靈巧噪聲干擾原理圖

雷達信號經(jīng)天線接收、放大、濾波、下變頻后進入DRFM，另一路經(jīng)放大濾波后的信號進入調制器來控制視頻噪聲參數(shù)，經(jīng)過調制的視頻噪聲與DRFM中經(jīng)D/A轉換后的輸出信號完成卷積，最終放大輸出，對雷達造成干擾。該干擾波形能有效抑制雷達的旁瓣消隱(SLB)和旁瓣相消(SLC)，對于SLB來說若對所有假目標都有效，則會可能造成雷達主通道在長時間內關閉而丟失真目標。而SLC是一個自適應調整系統(tǒng)，對脈沖不響應，所以對于旁瓣進入的脈沖型信號不能造成相消[6]。

假設雷達發(fā)射脈沖為S(t)，點目標的響應函數(shù)為P(t)，則目標回波信號為式(1)。

Sr(t)=S(t)?P(t)

(1)

?表示卷積運算。假設卷積視頻信號為ξ(t),干擾信號為Jr(t)，則有

Jr(t)=ξ(t)?S(t)

(2)

匹配濾波器的響應函數(shù)為S*(-t)，干擾信號和目標回波同時經(jīng)過脈沖壓縮后，輸出信號可以表示為

J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]?S*(-t)

(3)

將公式(1)、公式(2)代入公式(3)中有

J(t)=[ξ(t)+P(t)]?S(t)?S*(-t)

(4)

設J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]?S*(-t)P(f)、J(f)、S(f)和N(f)分別為P(t) 、J(t)、S(t)和ξ(t)對應的頻譜函數(shù)。則有

J(f)=P(f)·|S(f)|2+N(f)·|S(f)|2

(5)

由式(5)做傅里葉逆變換可得出J(f)的時域輸出為

J(t)=F-1[|S(f)|2]?P(t)+F-1[|S(f)|2]?ξ(t)

(6)

式(6)中F-1[|S(f)|2]稱為點擴展函數(shù)，與其卷積的任意信號都能獲得脈沖壓縮處理增益，由此得出脈沖壓縮后發(fā)出的干擾信號取決于與之卷積的視頻信號ξ(t)，常用的ξ(t)信號有方波、三角波、鋸齒波以及正余弦信號等。不同的波形可以產(chǎn)生不同的干擾效果，由于DRFM能完全無失真地復制存儲雷達信號，在此信號上進行噪聲調制能保證在不需測頻的情況下使干擾頻率始終自動對準雷達信號頻率，且在頻域上噪聲拓展了干擾信號的頻譜，使干擾信號始終能夠覆蓋真正的目標回波，因此干擾能量能更多地進入雷達接收機，達到干擾效能的最大化。

1.2 仿真分析

針對LFM信號進行仿真，選取信號時寬為60μs，帶寬為20MHz，中心頻率為60MHz的雷達信號進行仿真，結果如圖2和圖3所示。選取均值為0，方差為1，時寬為10μs的高斯白噪聲為視頻信號，與LFM信號卷積之后的靈巧噪聲信號仿真結果如圖4、圖5和圖6所示。

圖2 LFM信號頻域圖像

圖3 LFM雷達信號脈壓圖

圖4 靈巧噪聲時域圖

圖5 靈巧噪聲頻域圖

圖6 靈巧噪聲脈壓圖

由圖5可以看出靈巧噪聲信號的中心頻率完全能夠對準LFM雷達信號的中心頻率，并且噪聲的時寬越寬，壓制效果越好。由圖6可看出經(jīng)脈壓之后的靈巧噪聲信號經(jīng)雷達接收機接收以后能夠遮蓋雷達信號，產(chǎn)生良好的壓制干擾效果。

1.3 海軍應用場景及干擾強度等級劃分

在海軍電子對抗訓練中，以某型號雷達目標及干擾模擬器為干擾設備，該設備可提供壓制式、欺騙式以及復合式等十余種干擾樣式，依據(jù)干擾場景不同可劃分為遠距離支援干擾、隨隊干擾、自衛(wèi)干擾等類型，將該設備置于海軍某艦距離被干擾雷達一定距離的合適位置，根據(jù)訓練需求釋放不同等級強度的壓制干擾，干擾場景如圖7所示。

圖7 應用場景

訓練中需釋放高中低三種強度的壓制干擾，干擾強度等級劃分需依據(jù)雷達的受干擾情況及抗干擾措施是否有效來定，反復試驗后，靈巧噪聲干擾符合要求的強度等級劃分方案為：干擾發(fā)射功率衰減50dB，雷達收到干擾信號，采取抗干擾措施后可穩(wěn)定跟蹤目標為一級干擾；干擾發(fā)射功率衰減35dB，雷達明顯收到干擾信號，采取抗干擾措施后目標跟蹤不穩(wěn)定為二級干擾；干擾發(fā)射功率衰減10dB，雷達受到強烈干擾，抗干擾措施無效，無法跟蹤目標為三級干擾。等級劃分方案如表1所示。

表1 靈巧噪聲干擾強度等級劃分方案

2 應用效果

用信號源來模擬中心頻率為5.4GHz、脈寬為10μs，重復周期為100μs的雷達信號，以某種按上述卷積調制原理產(chǎn)生靈巧噪聲的干擾設備來釋放靈巧噪聲干擾信號，設定干擾數(shù)據(jù)更新間隔10個脈沖重復周期，頻譜儀設定為zero span時測量的靈巧噪聲信號如圖8所示。

圖8 靈巧噪聲干擾信號

由圖8可看出靈巧噪聲信號以1ms為周期持續(xù)發(fā)送，將該型號雷達目標及干擾模擬器應用于海軍某電子對抗訓練中，按圖7所示場景架設設備，按表1所示干擾方案釋放靈巧噪聲干擾，以某雷達分別受到靈巧噪聲一級干擾、二級干擾和三級干擾時終端效果圖來進一步說明靈巧噪聲干擾在工程實際中的應用。

由圖9可看出未釋放靈巧噪聲干擾信號時雷達穩(wěn)定跟蹤目標。由圖10看出當雷達受到一級干擾時依然可以有效跟蹤目標，所受干擾對雷達影響較小。由圖11看出當雷達受到二級干擾時雷達目標批數(shù)由9批減少到2批。由圖12看出當雷達受到三級干擾時，目標完全消失，雷達無法正常跟蹤到目標，并且不再出現(xiàn)新目標。上述結論充分說明在實際應用中靈巧噪聲干擾效果明顯，與仿真結果相符。

圖9 雷達未受干擾二次點跡

圖10 雷達受到一級干擾點跡

圖11 雷達受到二級干擾點跡

圖12 雷達受到三級干擾點跡

3 結束語

文中結合海軍電子對抗訓練中針對艦載雷達實施壓制干擾的方案要求及應用場景，通過對靈巧噪聲干擾的產(chǎn)生原理、仿真分析以及對艦載雷達的實際干擾效果等的論述，進一步闡明了靈巧噪聲的壓制干擾特性，對新體制雷達具備優(yōu)良的干擾作用，在未來電子戰(zhàn)中具備廣闊的研究前景。