基于DRFM循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的脈沖多普勒引信干擾研究

隋 鑒,李國(guó)林,尹洪偉

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺(tái) 264001)

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基于DRFM循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的脈沖多普勒引信干擾研究

隋 鑒,李國(guó)林,尹洪偉

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺(tái) 264001)

為了對(duì)抗具有強(qiáng)抗干擾能力的脈沖多普勒引信,通過分析脈沖多普勒引信的基本工作原理,確定了有效干擾脈沖多普勒引信的基本條件,在此基礎(chǔ)之上,提出了基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖多普勒引信的欺騙干擾。為了驗(yàn)證該方法的有效性,設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明該方法產(chǎn)生的干擾信號(hào)滿足有效干擾脈沖多普勒引信的基本條件,基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾能夠有效干擾脈沖多普勒引信。

脈沖多普勒;引信;DRFM;干擾

0 引言

脈沖多普勒引信[1-2]具有脈沖和連續(xù)波兩種體制引信的優(yōu)點(diǎn),既可獲得距離信息和銳截止的距離特性,又可獲得速度信息,使之具有對(duì)抗地、海雜波和背景干擾能力及良好的低空作戰(zhàn)性能,在低平均功率情況下,可獲得高峰值功率的發(fā)射脈沖,使之具有對(duì)抗掃頻干擾能力[3],所以在各種導(dǎo)彈引信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,如“蝮蛇”防空導(dǎo)彈、AIM-120中程空空導(dǎo)彈等均采用了脈沖多普勒體制引信[4]。

為了在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有效完成各種作戰(zhàn)任務(wù)必須借助于完善的電子戰(zhàn)系統(tǒng),因此,如何對(duì)無線電引信進(jìn)行有效干擾是電子對(duì)抗研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容[5]。文中以如何對(duì)脈沖多普勒引信進(jìn)行有效欺騙干擾為重點(diǎn),分析了成功干擾脈沖多普勒引信的條件,提出了基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的方法,并對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 脈沖多普勒引信基本工作原理

脈沖多普勒引信是應(yīng)用多普勒效應(yīng)工作的一種脈沖體制引信。脈沖多普勒引信按信號(hào)處理相干檢測(cè)方式可分為[6]:脈沖對(duì)脈沖相干檢測(cè)的脈沖多普勒引信和脈沖對(duì)連續(xù)被相干檢測(cè)的脈沖多普勒引信,其基本工作原理類似。下面以脈沖對(duì)連續(xù)被相干檢測(cè)的脈沖多普勒引信為例研究其工作原理,其基本組成如圖1所示。

2 脈沖多普勒引信有效干擾條件

引信干擾的最佳效果是對(duì)其進(jìn)行欺騙式干擾使其早炸,通過對(duì)脈沖多普勒引信工作過程的分析,對(duì)其進(jìn)行有效干擾時(shí),干擾信號(hào)必須滿足以下條件:一是保證干擾信號(hào)能夠進(jìn)入引信接收機(jī)的頻帶,即對(duì)載頻有一定的要求;二是要求干擾信號(hào)同引信的發(fā)射信號(hào)是相干的,這樣進(jìn)入接收機(jī)的干擾信號(hào)才能經(jīng)混頻

器變頻產(chǎn)生多普勒信號(hào),使檢出的多普勒信號(hào)滿足引信啟動(dòng)的要求;三是對(duì)干擾信號(hào)在時(shí)域有一定的要求,即要求接收的干擾信號(hào)必須落在距離門內(nèi),否則能量再大引信也不會(huì)啟動(dòng),即引信接收的干擾信號(hào)的延遲時(shí)間滿足如下條件:kT+τd1≤τj≤kT+τd2,其中,k∈N,T為引信脈沖重復(fù)周期,τd1、τd2為引信距離門的最小和最大延遲時(shí)間;四是信號(hào)能量應(yīng)大于接收機(jī)靈敏度。在引信對(duì)抗時(shí),載頻和能量要求一般較易滿足。對(duì)干擾方載頻和能量要求較易滿足,因此,如何使干擾信號(hào)進(jìn)入距離門并獲得相干處理增益是設(shè)計(jì)干擾信號(hào)的重點(diǎn)。

圖1 脈沖多普勒引信原理框圖

3 基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾

由脈沖多普勒引信的有效干擾條件可知,一般轉(zhuǎn)發(fā)干擾或噪聲干擾對(duì)脈沖多普勒引信干擾難以奏效,若要有效干擾脈沖多普勒引信,必須對(duì)干擾信號(hào)的延時(shí)進(jìn)行精確控制并保持相參。針對(duì)此要求,提出了基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾以對(duì)抗脈沖多普勒引信。DRFM可以實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的相參復(fù)制存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā),存儲(chǔ)的信號(hào)可以重復(fù)多次讀出而不會(huì)影響信號(hào)的保真度,具有干擾樣式的多樣性和控制的靈活性等優(yōu)點(diǎn)[7-8]。DRFM已成為現(xiàn)代電子對(duì)抗系統(tǒng)的重要組成部分。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DRFM基本結(jié)構(gòu)圖

3.1 工作原理

干擾系統(tǒng)在接收到引信反射信號(hào)后,對(duì)其采樣存儲(chǔ)后,按照設(shè)定程序重復(fù)讀出當(dāng)前存儲(chǔ)的信號(hào)并對(duì)存儲(chǔ)信號(hào)進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā),直至接收到新的引信信號(hào)并對(duì)存儲(chǔ)的采樣信號(hào)進(jìn)行更新,然后對(duì)更新的采樣信號(hào)進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā),重復(fù)上述過程。這樣可以在引信的距離波門延時(shí)未知的情況下,利用脈沖多普勒引信的距離模糊保證干擾信號(hào)能夠進(jìn)入引信的距離門,且由于DRFM可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行相參復(fù)制,各次存儲(chǔ)的信號(hào)間是相參的,因此,進(jìn)入距離門的干擾信號(hào)是相參的,能夠獲得脈沖多普勒引信的相參處理增益。下面就干擾過程進(jìn)行理論分析。

假設(shè)脈沖多普勒引信發(fā)射信號(hào)為:

(1)

式中:

不考慮相對(duì)運(yùn)動(dòng)引入的初始相位,干擾機(jī)接收到的引信信號(hào)為:

(2)

干擾機(jī)在接收到引信發(fā)射信號(hào)后,經(jīng)過與系統(tǒng)本振混頻下變頻至基帶后,經(jīng)A/D采樣存儲(chǔ)后按程序設(shè)定進(jìn)行讀取,經(jīng)D/A后并上變頻轉(zhuǎn)發(fā)輸出。因此,引信接收到的干擾信號(hào)可以表示為:

(3)

為了使干擾進(jìn)入距離波門,需對(duì)干擾機(jī)接收的信號(hào)進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā),因此,達(dá)到引信接收端的信號(hào)可以表示為:

(4)

接收的回波信號(hào)經(jīng)過與本振信號(hào)混頻后的輸出為:

(5)

式中：φn是由不同延時(shí)引起的常數(shù)相位因子,對(duì)多普勒信號(hào)的提取沒有影響。

由式(5)可以看出經(jīng)引信相干解調(diào)的信號(hào)為不同延時(shí)的多普勒信號(hào)調(diào)幅的脈沖信號(hào)的疊加,因此,經(jīng)循環(huán)延時(shí)的干擾信號(hào)只要有一次延時(shí)能進(jìn)入引信的距離波門,則可以輸出經(jīng)距離門采樣的多普勒信號(hào),經(jīng)多普勒信號(hào)處理后可以提取多普勒信息。當(dāng)多普勒信號(hào)滿足引信要求時(shí)便可對(duì)引信形成欺騙干擾。

3.2 仿真分析

為驗(yàn)證基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾能夠有效干擾脈沖多普勒引信,設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。仿真參數(shù)如下:脈沖多普勒引信的彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻率為40 kHz,脈沖寬度為40 ns,脈沖重復(fù)周期為500 ns,引信作用距離為10 m。

到達(dá)引信接收端的干擾信號(hào)時(shí)域與頻域波形如圖3、圖4所示。由仿真結(jié)果可以看出,干擾信號(hào)同理論分析結(jié)果相同,且?guī)捙c引信發(fā)射信號(hào)匹配,能夠進(jìn)入引信的接收頻帶。滿足脈沖多普勒引信有效干擾條件的載頻要求。

圖3 引信接收的干擾信號(hào)的波形圖

圖4 引信接收干擾信號(hào)的頻譜

干擾信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)并通過距離選通電路后輸出信號(hào)波形如圖5所示。由仿真結(jié)果可以看出,引信對(duì)干擾信號(hào)能夠正確相干解調(diào),且只有符合距離延時(shí)要求的干擾信號(hào)被選通,因此,符合之前的分析無論干擾能量多大,只有進(jìn)入引信預(yù)置的距離門才能形成干擾,引信對(duì)引信預(yù)置距離之外的信號(hào)沒有響應(yīng)輸出。

圖5 經(jīng)相干解調(diào)和距離選通后輸出的干擾信號(hào)波形

經(jīng)距離選通和多普勒濾波器組對(duì)引信接收的干擾信號(hào)處理后的距離延時(shí)-多普勒二維譜如圖6所示。從仿真結(jié)果可知,干擾信號(hào)在引信預(yù)置的作用距離相對(duì)應(yīng)的延時(shí)和多普勒頻率處有足夠輸出,說明干擾信號(hào)能夠突破引信的距離選通,且獲得引信的相干處理增益,滿足脈沖多普勒引信的距離和速度選擇要求,只要保證足夠的干擾能量就能對(duì)引信形成有效干擾,因此,基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾是對(duì)抗脈沖多普勒引信的有效方法。

圖6 干擾信號(hào)作用下的距離延時(shí)-多普勒二維譜

4 結(jié)論

由于脈沖多普勒引信具有抗轉(zhuǎn)發(fā)干擾和噪聲干擾的特性,在分析脈沖多普勒引信的有效干擾條件的基礎(chǔ)上,采用了基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)脈沖多普勒引信進(jìn)行干擾時(shí),該方法能夠在距離和速度上對(duì)脈沖多普勒引信產(chǎn)生欺騙干擾效果。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了脈沖多普勒引信有效干擾條件是判斷干擾是否有效的基本條件,基于DRFM的循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾是對(duì)脈沖多普勒引信進(jìn)行欺騙干擾的有效手段。

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Research on Circular-repeater Jamming Based on Digital Radio Frequency Memory Countering Pulse Doppler Fuze

SUI Jian,LI Guolin,YIN Hongwei

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Shandong Yantai 264001, China)

In order to counter PD fuze with excellent anti-jamming performance, the basic working principle was analyzed. on the basis of the analysis, essential conditions of jamming PD fuze were determined. Based on the essential conditions, the circular-repeater jamming technique based on digital radio frequency memory (DRFM) was presented in order to jam PD fuze. In order to verify effectiveness of the approach, simulation was designed. The results of simulation demonstrate that the jamming signal based on this technique could satisfy the essential conditions, and the circular-repeater jamming technique based on DRFM countering PD fuze is valid.

pulse Doppler; fuze; DRFM; jamming

2014-01-09

國(guó)家自然科學(xué)基金(61002006)資助

隋鑒(1983-),男,山東龍口人,助理工程師,博士研究生,研究方向:電子對(duì)抗。

TN972

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