采用卷積調制與間歇采樣的多假目標干擾方法

朱 紅，張德平，王 超，袁乃昌

（國防科技大學 四院微波中心，湖南 長沙 410073）

為提高雷達探測距離和距離分辨率，現代雷達普遍采用線性調頻信號。這是因為線性調頻信號通過脈內或脈間的相干性，使得其經過匹配濾波后能夠獲得很高的相干處理增益，可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾。文獻[1]針對線性調頻脈沖壓縮雷達提出了一種新的相干干擾技術：卷積調制干擾。其原理是將接收到的雷達信號與某視頻信號進行卷積后轉發。該方法能靈活產生假目標欺騙干擾和噪聲遮蓋干擾。文獻[2]闡述了幅度調制的一種特殊情況：間歇采樣的數學原理，對干擾效果進行了仿真，為天線收發分時體制在相干干擾上的應用提供理論依據。本文將兩種方法加以融合，形成一種可采用數字射頻存儲（DRFM）實現的多假目標干擾方法。該方法可以應用于天線收發分時體制干擾設備。

1 卷積調制干擾原理

為方便討論，對文獻[1]中的卷積調制基本原理進行簡要介紹。設干擾設備接收到的敵方雷達信號為x（t），用一視頻信號f（t）與接收到的信號卷積后轉發，即得到干擾信號為

為產生多假目標欺騙干擾，視頻信號f（t）可以選為N個幅度不同、時延不同的沖擊脈沖組成的脈沖串，即

因此，卷積結果相實際上當于將干擾設備接收的線性調頻信號經過不同時延的延時線后加權疊加。如圖1所示。工程實現上，采用DRFM可以很容易實卷積調制。

圖1 加權延時疊加Fig.1 Weighted delay Stack

2 間歇采樣直接轉發干擾

根據文獻[2]介紹間歇采樣直接轉發干擾的基本原理，間歇采樣轉發干擾可以看成是一種幅度調制干擾方法。間歇采樣轉發干擾在干擾設備上的基本工作過程如圖2所示。

圖2 間歇采樣直接轉發干擾Fig.2 Interrupted-sampling and directly repeater jamming

從圖2可知，其工作過程為用一矩形脈沖串對大時寬雷達信號（一般情況下T>Ts）進行采樣，同時在前后兩個采樣間隙對采樣的信號進行轉發。轉發延時量一般大于矩形脈沖寬度。工程實現上可采用數字射頻存儲技術（DRFM）來實現。

現設采樣脈沖串為：

對應的頻譜為：

式中fs=1/Ts。進入干擾設備接收機的雷達信號為x（t），以p（t）對其進行間歇采樣，則得到的采樣信號為

其頻譜為：

由（5）式，得：

因此，干擾信號頻譜是原雷達信號的周期加權延拓，加權系數為 an=τfssinc（πnfsτ）。 當 n=0 時，即為原信號頻譜。 因此該分量經匹配濾波后會在雷達脈沖結束時刻形成與真實目標波形完全相同的主假目標，其幅度為τfs<1，稱為采樣占空比。而其他分量X（f±nfs）發生了±nfs的頻移，可以看成是附加了±nfs的頻移干擾信號。若雷達信號為線性調頻信號，利用線性調頻信號頻移和時延之間的強耦合性，經過脈沖壓縮網絡后，在時域上就會形成多個徑向分布的不同幅度的假目標，且以主假目標為中心對稱分布[2-4]。但是隨n逐漸增大，頻移分量X（f±nfs）經過匹配濾波后的失配越嚴重，輸出脈沖寬度逐漸展寬，且其幅度也不斷降低。因此，間歇采樣直接轉發干擾一般最多只能產生3～5個有效的假目標干擾。

圖3 間歇采樣經脈壓的輸出波形Fig.3 Output of interrupted-sampling after pulse compression

如圖 3 所示，雷達信號帶寬為 100 M，脈寬為 48 μs，τ=3 μs，Ts=6 μs。一種特殊的情況是，fs=1/Ts大于信號帶寬，則所有頻移分量X （f±nfs）（n≠0） 均位于雷達匹配濾波帶寬之外，此時，干擾信號表現為一個主假目標干擾。這是該干擾樣式的局限性[2，5]。

3 卷積調制與間歇采樣聯合干擾分析

文中提出的聯合干擾方式可以根據需要產生所需的假目標數目。其工作過程如圖4所示。其思想是利用卷積調制干擾能產生數目不受限制的假目標的性質，同時利用間歇采樣在特定干擾平臺（機載、彈載）的工程可實現性。

圖4 聯合干擾示意圖Fig.4 Schematic of combination jamming

根據式（1）和式（5），可得聯合干擾信號為：

由式（2）得：

其頻譜為：

其中 Ji（f）=aiej2πftiXs（f）。 假設干擾信號 Xs（f）經匹配濾波后的時域脈壓信號為ys（t），的首個主假目標出現在T時刻，即ys（t）的主峰值出現雷達脈沖結束時刻。根據傅里葉變換性質，Ji（f）經過匹配濾波后所形成的主假目標在時間軸上比首個主假目標滯后ti。因此J（f）經匹配濾波后總體效果可以表示為

根據上節的討論，該式表示形成的主假目標個數為N，同時每個主假目標周圍分布著幅度較小的次假目標。

工程實現上，根據均勻間歇采樣特性，合理選擇延遲時間，如圖 4 所示，t1=τ，ti=τ+（i*m-1）Ts，動態改變采樣脈沖寬度τ和采樣脈沖周期Ts，可以實現假目標的動態分布。

合理選擇N值，可以實現在整個雷達脈沖重復周期內均有假目標出現，實現假目標的大范圍空間分布。例如，脈沖重頻為1 ms，Ts=2 μs，則在1 ms內最多可出現500個主假目標。當然實現這個目標還需考慮工程實現的可能性。同時，當ti>T，即雷達脈沖結束時，可令 tj=τ+（j*m-1）Ts+Δτ，改變 Δτ，m，可實現主假目標的非均勻分布。

4 對線性調頻信號的干擾仿真

根據圖 4 及式（12），設 N=3，τ=1 μs，Ts=2 μs，雷達脈沖寬度48 μs，帶寬為100 M，加權系數全為1。仿真結果如圖5所示。

圖5 聯合干擾脈壓輸出Fig.5 Output of combination jamming after pulse compression

從圖5中可以看到，第一個主假目標出現在48 μs時刻，即脈沖結束時刻，其余兩個主假目標分別出現在50 μs和52 μs時刻。主假目標間距為間歇采樣周期。仿真結果與上節分析一致。

5 在DRFM上的實現

DRFM可以截獲、存儲、處理并復制雷達信號，干擾方式靈活可變，且產生的干擾信號與雷達信號是相干的[4]。為驗證上文所述干擾方法，可依托現有的DRFM平臺。該平臺主要由 FPGA、DAC與 ADC組成，DAC與 ADC工作時鐘為2.4 GHz，系統瞬時工作帶寬為1 GHz。測試雷達信號為線性調頻信號，由 DDS產生，帶寬為 7 MHz，中心頻率 300 MHz，脈寬為50 μs。 信號采集設備為力科 （LeCroy）8400A型示波器，最高采樣速率達20GS/s。信號處理采用Matlab。主假目標數 N=8，τ=3 μs，Ts=6.2 μs，加權系數均為 1。 同時為在雷達徑向距離上形成假目標分布帶，增加干擾設備對雷達的壓制距離，可在雷達信號結束時，多次讀取并復制先前存儲的雷達信號。此時，仍然保留采樣窗口，但不進行信號存儲，即工作方式保持不變。實測結果如圖6、7、8所示。

圖6 實測DDS產生的線性調頻信號及其頻譜與自相關結果Fig.6 The spectrum and autocorrelation results of LFM signal generated by DDS

圖7 聯合干擾實測結果Fig.7 Results of combination jamming

圖8 假目標群細節Fig.8 Details of the false target group

圖6、7、8的脈壓輸出均未加窗。從圖7時域波形可以看到，干擾信號含有較多的低頻成分，這是由DRFM平臺所帶來的影響。在用Matlab進行信號處理時，應先濾除帶外頻譜成分。從圖7的處理結果可以看到，在時間軸上出現以8為單位的假目標群，該假目標群又以一定的周期重復出現，形成假目標分布帶，可以掩護處于該距離段內的所有真實目標。圖7所示的掩護距離達到300 μs。且該值可以任意設定。從圖8可知，對于距離分辨率低的線性調頻體制雷達，可形成類似噪聲干擾的效果，且該噪聲干擾具有很強的相參性。

另外，假目標個數N的設置還需考慮發射機的有效發射功率。在發射機功率一定的情況下，假目標數目越多，每個假目標獲得的有效功率越小，則其干擾距離越小。因此，實際應用時，應根據電子戰環境合理設置假目標數目。

6 結 論

文中在分析卷積調制與間歇采樣的原理基礎上，形成適用于機載彈載等特定干擾平臺的干擾方式。該干擾方式具有形成的假目標數目與掩護距離任意設定的特點，具有很強的實用性，可以對SAR等線性調頻體制雷達形成有效的干擾。

[1]張煜，楊紹全.對線性調頻雷達的卷積干擾技術[J].電子與信息學報，2007，29（6）：1048-1051.

ZHANG Yu，YANG Shao-quan.Convolution jamming techenique countering LFM radar[J].Journal of Electronics&Information Technology，2007，29（6）：1048-1051

[2]王雪松，劉建成.間歇采樣轉發干擾的數學原理[J].中國科學，E輯，信息科學，2006，36（8）：891-901.

WANG Xue-song，LIU Jian-cheng.Mathematical principle of interrupted-sampling and repeater jamming[J].Science in China Ser.E Information Sciences，2006，36（8）：891-901.

[3]湯禮建，黃建沖，徐新華.基于卷積調制的脈內多假目標干擾技術研究[J].電子信息對抗技術，2008，3（23）：43-45.

TANG Li-jian，HANG Jian-chong，XU Xin-hua.Multi-faketarget jamming within pulse based on convolution modulation[J].Eletronic Information Warfare Technology，2008，3（23）：43-45.

[4]劉巧玲，李文臣，張文明，等.間歇采樣頻移轉發干擾效果仿真分析[J].電子信息對抗技術，2009，1（24）：48-51.

LIU Qiao-ling，LI Wen-chen，ZHANG Wen-ming， et al.Analysison interrupted-sampling and repeaterjamming based on shift-frequency[J].Electronic Information Warfare Technology，2009，1（24）：48-51.

[5]李大強，李修和，沈陽，等.一種靈巧的多假目標干擾技術研究[J].現代防御技術，2010，38（3）：108-113.

LI Da-qiang，LI Xiu-he，SHEN Yang， et al.A smart multiple false target jamming technique[J].Modern Defence Technology，2010，38（3）：108-113.

[6]吳曉芳，王雪松，盧煥章.對SAR的間歇采樣轉發干擾研究[J].宇航學報，2009，30（5）：2043-2048，2072.

WU Xiao-fang，WANG Xue-song，LU Huan-zhang.Study of intermittent sampling repeater jamming to SAR[J].Journal of Astronautics，2009，30（5）：2043-2048，2072.