超寬譜高功率微波對脈沖多普勒無線電引信的干擾效果仿真分析

姜忠龍，王 瑾

(91404 部隊，河北 秦皇島 066001)

0 引言

利用強電磁脈沖干擾或毀傷電子設備是近年來發展起來的有效電磁干擾手段。2003年3 月的伊拉克戰爭，美英聯軍第一次使用了微波脈沖炸彈空襲了伊拉克國家電視臺，并造成電視臺一段時間癱瘓［1］。高功率微波(HPM）通常指輻射頻率在1～300GHz 范圍內，脈沖功率在GW 級以上的微波脈沖。從殺傷機理上看，HPM 具有電效應、病效應和熱效應，既能殺傷人畜，又能破壞武器的電子設備，即具有“軟”、“硬”殺傷能力［2］。HPM的軟、硬殺傷功能與照射到目標上的功率密度有關，照射到目標上的微波功率密度較小時，起到“軟”殺傷作用;微波功率密度較大時，可使金屬目標的表面產生很強的感應電流，燒毀電路中的電子元器件，起到“硬”殺傷作用。

超寬譜高功率微波(UWS-HPM）是指脈寬一般為幾納秒，上升沿、下降沿為亞納秒級的超寬帶高功率微波脈沖。由于所含頻譜極其豐富，可覆蓋多種目標系統的響應頻率，對無線電引信等電子系統的威懾很大［3-5］。對HPM 作用效應同樣可以從毀傷效應和干擾效應兩方面進行分析。文獻［6-8］通過實驗研究了HPM 對炮彈無線電引信的作用效應。導彈無線電引信具有較強的抗干擾性能，研究強電磁脈沖對導彈無線電引信的輻照效應對攻防雙方都具有非常重要的意義。真實的輻照實驗代價高昂，而計算機仿真具有代價低、可重復的特點，是對干擾效果進行評估分析的一種重要手段。本文假設無線電引信沒有毀傷的前提下，采用Matlab Simulink 作為仿真工具，對HPM 在脈沖多普勒無線電引信中各個環節的響應進行了仿真，得到了電磁能量在各個環節的分布情況，對干擾效果進行了分析。

1 脈沖多普勒無線電引信工作原理

脈沖多普勒無線電引信發射信號為

其中，E為信號電平，f0為載波頻率，T為脈沖發射周期，τ為脈沖發射間隔。

由于脈沖無線電引信只在脈沖持續周期內發射高頻能量，因而可在平均功率較小的條件下，具有較高的峰值功率，從而能達到較大的作用距離。這種引信采用“距離門”進行測距選擇，距離截至特性良好;同時又可以通過多普勒頻率進行速度選擇，具有很強的抗干擾能力。

假設回波信號的多普勒頻率為fd，相對發射信號的延遲時間為τ1，則回波信號可表示為

回波信號經距離波門選擇、混頻、濾波、放大后進入執行級。

2 計算機仿真

脈沖多普勒無線電引信采用Simulink 進行建模仿真。模型如圖1所示。模型包括回波信號產生模塊、HPM 脈沖產生模塊、信號處理模塊3個部分。其中，信號處理模塊包括混頻、低通濾波器、自動增益控制和帶通濾波器。由于帶通濾波器帶寬與采樣頻率相比太小，數字濾波器設計比較困難。在帶通濾波之前增加了欠采樣模塊，不影響信號輸出。

發射脈沖寬度100 ns，占空比10%，信號電平1V;HPM 脈沖寬度1 ns，占空比0.1%，信號電平100V。

2.1 只有目標回波信號的情況

在只有目標信號的情況下，混頻器輸出如圖2所示。從圖2 可以看出，混頻器輸出為脈沖信號。這些脈沖信號被多普勒頻率所調制，混頻后經低頻濾波器輸出，如圖3所示。

從圖3 可以看出，低通濾波后，輸出結果為多普勒包絡信號，并且由于濾波器的延遲造成輸出為連續諧波信號。放大、欠采樣后經帶通濾波器輸出結果如圖4所示。

圖2 混頻器輸出

圖3 低通濾波器輸出

圖4 多普勒濾波器輸出

從圖4 可以看出，在只有目標信號的情況下，經過低通濾波器、帶通濾波器后，輸出為連續的諧波信號，該信號的頻率為多普勒頻率;輸出電平達到2.5 V，引信可以正常啟動，說明引信信號處理模型是正確的。

2.2 只有HPM 脈沖信號的情況

在只有HPM 脈沖信號的情況下，低通濾波器輸出如圖5所示。經多普勒帶通濾波器后輸出如圖6所示。

從圖6 可以看出，由于自動增益控制的作用，使輸入帶通濾波器的HPM 脈沖能量大大減弱，經多普勒濾波器后輸出結果很小，不會造成引信啟動。

2.3 HPM 脈沖與目標信號同時存在的情況

(1）脈沖重合的情況

HPM 脈沖與目標信號同時存在的情況下，如果回波脈沖與HPM 脈沖在時間上重合，輸出結果如圖7所示。

圖5 低通濾波器輸出

圖6 多普勒濾波器輸出

圖7 多普勒濾波器輸出

從圖7 可以看出，在HPM 脈沖與目標回波信號重合的情況下，HPM 脈沖會對目標信號造成壓制，使回波信號無法放大檢出，引信無法啟動。比較圖6、圖7可以看出，兩種情況的輸出結果幾乎完全一樣，可見輸出結果主要是HPM 在電路中的響應。

(2）脈沖不重合的情況

如果HPM與目標回波脈沖在時間上不重合，引信回波信號處在兩個HPM 脈沖之間，低通濾波器輸出結果如圖8所示。

圖8 低通濾波輸出

比較圖3、圖5和圖8 可以看出，在HPM 脈沖和目標回波脈沖不重合的情況下，輸出信號幅度介于只有HPM 脈沖響應和只有目標回波脈沖響應兩種情況之間，分析這是由于低通濾波器的延遲響應造成的。

經多普勒濾波器后輸出如圖9所示。

圖9 多普勒濾波器輸出

從圖9 可以看出，在HPM 脈沖與目標回波信號不重合的情況下，經過低通濾波器的平滑作用，HPM 脈沖仍然會對目標信號造成壓制，使回波信號無法放大檢出，引信無法正常啟動。

3 仿真結果分析

對超寬譜HPM 干擾脈沖多普勒無線電引信采用Matlab Simulink 進行建模仿真，從仿真結果可以看出:

(1）在只有目標回波信號的情況下，仿真輸出為連續多普勒信號，信號幅度也能達到啟動電壓，說明仿真模型是正確的。

(2）在只有HPM 脈沖的情況下，由于自動增益控制的作用，使HPM 能量大大減小，經多普勒濾波器處理后，信號能量幅度很小，不會造成引信啟動。

(3）在目標與HPM 同時存在的情況下，不管HPM與目標回波脈沖在時間上是否重合，HPM 脈沖都會在通過低頻濾波器后形成延遲，從而對目標信號造成壓制;再經過限幅放大、帶通濾波后輸出的目標信號幅度無法達到啟動電平，因此引信無法正常啟動。

4 結束語

本文采用計算機仿真對超寬譜HPM 作用于脈沖多普勒無線電引信的干擾效應進行了研究。從仿真結果來看，超寬譜HPM 可以對脈沖多普勒無線電引信造成壓制干擾，但經多普勒濾波器后輸出信號幅度很小，無法使引信誤啟動。在HPM 脈沖與引信回波信號不重合的情況下，分析認為壓制干擾作用主要是由于濾波器的延時造成了超寬譜HPM 脈沖信號的展寬。

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