基于微波光子技術(shù)的聯(lián)合干擾樣式的研究

李嘉琪，許 萍，宋 柯，杜 科，于祥禎

（1.上海無線電設(shè)備研究所，上海201109；2.上海機電工程研究所，上海201109）

0 引言

在高精度雷達制導(dǎo)中，為提高探測距離和距離分辨率，通常采用線性調(diào)頻脈沖信號。一方面，線性調(diào)頻脈沖信號具有大的時寬帶寬積，經(jīng)過匹配濾波器后能夠獲得更高的相干增益；另一方面，由于其寬帶和變頻特性，采用該信號可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾的效果[1]。針對線性調(diào)頻脈沖信號，有研究者提出了一種基于卷積調(diào)制的相干干擾技術(shù)[2]，它將收到的雷達信號與已經(jīng)設(shè)定好的某種基帶信號進行卷積調(diào)制后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，形成噪聲壓制干擾，這種干擾信號可以自動對準雷達信號頻帶，與雷達信號能量在頻率分布上一樣，從而獲得雷達的處理增益，最大限度地利用干擾信號的功率。還有人提出了一種間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式[3]，在脈沖持續(xù)時間內(nèi)對脈沖信號進行等間隔采樣，然后將間歇采樣得到的信號轉(zhuǎn)發(fā)出去，形成假目標欺騙干擾，該干擾信號與雷達信號具有相同的頻譜范圍和高度的相干性，適合對大時寬信號的干擾，可降低對接收機和發(fā)射機隔離度的要求。以上方法目前僅在電子學(xué)領(lǐng)域可以實現(xiàn)，甚至需要借助數(shù)字射頻存儲設(shè)備對數(shù)據(jù)進行暫存和卷積運算，對于寬帶高速數(shù)據(jù)流會大大降低干擾系統(tǒng)的處理效率，增加硬件成本，且數(shù)字射頻存儲器典型瞬時帶寬為1 GHz，不適用于對抗寬帶多頻威脅環(huán)境。本文提出了一種基于微波光子技術(shù)的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)和噪聲卷積調(diào)制聯(lián)合干擾的實現(xiàn)方法，該方法可以使假目標分布不均勻，進一步擾亂雷達對真假目標的識別。該方法的所有處理過程均在微波光子模擬鏈路處理，處理速度不受信號帶寬限制，避免上下變頻帶來的相干損失；同時兼具了2種干擾方法帶來的電子對抗優(yōu)勢，既能提高彈載干擾機的能量利用率，還可以形成分布雜亂的假目標群。硬件上省去了電學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字射頻存儲器件，避免了大量數(shù)據(jù)的存儲和處理帶來的時間損耗。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

干擾信號與雷達信號具有一定的相干性才能獲得雷達的處理，因此針對大時寬的線性調(diào)頻脈沖信號可以采用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式。在該干擾樣式中，間歇采樣脈沖為一周期矩形脈沖，間歇采樣脈沖寬度為τ，間歇采樣重復(fù)周期為T s，因此采樣信號可以表示為：

則采樣脈沖信號與雷達發(fā)射信號x(t)之積為干擾信號，可以表示為：

設(shè)線性調(diào)頻信號為：

式中，K為調(diào)頻斜率。

則經(jīng)過間歇采樣后，干擾信號表達式為：

設(shè)雷達信號中存在的多普勒頻率n f s，其中f s=1/T s，那么間歇采樣后的干擾信號返回雷達接收機經(jīng)過匹配濾波器后總干擾輸出為：

式中，B為線性調(diào)頻信號帶寬，T為線性調(diào)頻脈沖信號持續(xù)時間。這一過程可以用圖1表示。

圖1 間歇采樣示意圖

由上述分析可知，間歇采樣形成的假目標間隔固定，這很容易被探測雷達識別，從而降低欺騙干擾的效果。同時，這種干擾樣式要依賴于數(shù)字射頻存儲器件，大大降低了寬帶高速數(shù)據(jù)流的處理效率。

2 噪聲卷積調(diào)制干擾

相對普通噪聲干擾，噪聲卷積調(diào)制干擾的信號頻譜范圍能夠與雷達發(fā)射信號的頻譜范圍一致，所以產(chǎn)生的干擾信號功率能夠完全被雷達接收機接收，干擾信號的頻帶于雷達信號能量在頻率分布上一樣，可以獲得雷達的處理增益，最大限度地利用干擾信號功率，因此特別適合對捷變頻雷達進行干擾。

設(shè)線性調(diào)頻脈沖信號為x(t)，表達式如式（3）所示。設(shè)n(t)為寬帶噪聲信號，它與線性調(diào)頻脈沖信號進行卷積調(diào)制，形成的噪聲卷積調(diào)制干擾為：

3 基于微波光子技術(shù)的聯(lián)合干擾原理

從以上分析可知，單獨使用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾容易被探測雷達識別，降低干擾效果。同時噪聲卷積調(diào)制的數(shù)字域運算過程也要消耗較長時間，對于大時寬帶寬信號會降低干擾效率。針對這個缺陷，本文提出利用微波光子技術(shù)實現(xiàn)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)和噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾方式，進一步提高干擾系統(tǒng)處理效率，減少寬帶高速數(shù)據(jù)流對數(shù)字射頻存儲及采樣設(shè)備的依賴，直接在光子模擬鏈路實現(xiàn)整個干擾轉(zhuǎn)發(fā)的過程。

根據(jù)上述2種干擾機理，設(shè)計了如圖2所示的微波光子干擾信號產(chǎn)生鏈路。

圖2 微波光子聯(lián)合干擾樣式產(chǎn)生鏈路

激光器產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器，在單個窄脈沖的調(diào)制下進入有源光纖環(huán)脈沖復(fù)制器[4-6]。該復(fù)制器結(jié)構(gòu)由可調(diào)衰減器、可調(diào)延遲線、半導(dǎo)體光放大器、隔離器以及光耦合器等構(gòu)成，它的主要功能是將調(diào)制在連續(xù)光上的單個極窄脈沖進行循環(huán)復(fù)制產(chǎn)生間隔可調(diào)的窄脈沖串，即間歇采樣脈沖。產(chǎn)生的窄脈沖重復(fù)周期即為間歇采樣周期T s，對應(yīng)間歇采樣率f s，窄脈沖寬度為τ，可以表示為：

設(shè)輸入調(diào)制器的雷達信號為x(t)，則與間歇采樣光脈沖相互調(diào)制產(chǎn)生的間歇采樣干擾信號為：

產(chǎn)生的間歇采樣干擾信號經(jīng)過擴束后進入空間光調(diào)制器。在空間光調(diào)制器中加入長度為L的隨機序列n(L)作為隨機噪聲，那么間歇采樣干擾信號經(jīng)過空間光調(diào)制器后輸出為：

輸出信號經(jīng)過透鏡聚焦后再進入光纖，最后通過光電探測器生成間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)與噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾信號，經(jīng)過放大器、天線發(fā)射出去。在該系統(tǒng)中，要設(shè)置同步標識，確保采樣光脈沖與進入調(diào)制器的雷達信號保持同步。

4 仿真分析

假設(shè)輸入單脈沖脈寬τ=1μs，當(dāng)雷達信號輸入時，該單窄脈沖同步觸發(fā)并經(jīng)過電光調(diào)制后進入有源光纖環(huán)脈沖復(fù)制器。設(shè)置可調(diào)光延遲模塊延時Δτ=2μs，調(diào)節(jié)環(huán)路中可變衰減器和光放大器，使環(huán)路增益損耗接近平衡，保證單窄脈沖能夠穩(wěn)定地復(fù)制輸出采樣脈沖串，同時盡可能具有較小失真。經(jīng)過復(fù)制后產(chǎn)生的采樣脈沖串如圖3所示。將脈寬為10μs的線性調(diào)頻脈沖信號輸入電光調(diào)制器，并與間歇采樣光脈沖進行調(diào)制，形成間歇采樣后的線性調(diào)頻信號如圖4所示。

圖3 復(fù)制產(chǎn)生的理想間歇采樣光脈沖

圖4 間歇采樣后的光脈沖信號

間歇采樣后的光信號經(jīng)過擴束輸入道空間光調(diào)制器，將長度為100的隨機噪聲序列輸入空間光調(diào)制器，與間歇采樣光脈沖進行卷積調(diào)制，經(jīng)過聚焦后送回光纖，最后通過光電探測器輸出形成聯(lián)合干擾信號。經(jīng)過微波光子鏈路產(chǎn)生的干擾信號如圖5（c）所示，雷達接收到干擾信號并進行脈沖壓縮后如圖5（d）所示。對比無干擾時的回波脈沖信號（圖5（a）、（b））可以看出干擾信號造成了多個假目標峰值，對雷達產(chǎn)生了欺騙效果。

圖5 間歇采樣和噪聲卷積后的聯(lián)合干擾效果

圖6為間歇采樣與噪聲卷積聯(lián)合干擾信號頻譜。從圖6可以看出，干擾信號的頻譜依然與雷達信號頻譜范圍一致，充分利用了雷達信號的處理增益。

圖6 間歇采樣與噪聲卷積聯(lián)合干擾信號頻譜

假目標間隔Δt=f s/K與間歇采樣率和調(diào)頻斜率有關(guān)。調(diào)節(jié)光延遲線，可以改變間歇采樣周期，即改變間歇采樣率。減小間歇采樣周期至1μs，即增加間歇采樣率，產(chǎn)生的假目標間隔增大，如圖7、圖8所示。由于光延遲線的可調(diào)諧范圍是從皮秒至微秒級，因此能夠制造更真實的、靈活的假目標群。

圖7 間歇采樣間隔2μs，占空比0.5，干擾信號脈沖壓縮后結(jié)果

圖8 間歇采樣間隔1μs,占空比0.5，干擾信號脈沖壓縮后結(jié)果

5 結(jié)束語

在微波光子輔助的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)與噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾信號產(chǎn)生過程中，調(diào)節(jié)光延遲線可以靈活地改變假目標群形態(tài)，同時沒有數(shù)字射頻存儲、采樣設(shè)備的參與，避免了數(shù)字射頻存儲設(shè)備等產(chǎn)生的延時誤差對干擾效果的影響。從本文分析可以看出，基于微波光子技術(shù)的聯(lián)合干擾不僅融合了2種干擾的所有優(yōu)點，提高了能量利用率，還為彈載可集成的寬帶干擾設(shè)備提供了技術(shù)途徑。