LFM脈沖壓縮雷達(dá)密集假目標(biāo)干擾時(shí)序設(shè)計(jì)與分析*

張克舟，李青山，陸靜，李秀金

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽 471003)

LFM脈沖壓縮雷達(dá)密集假目標(biāo)干擾時(shí)序設(shè)計(jì)與分析*

張克舟，李青山，陸靜，李秀金

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽 471003)

針對線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)全脈沖采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾中假目標(biāo)間距過大的問題，分析了典型的3種密集假目標(biāo)干擾方法：間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法、全脈沖采樣延遲疊加干擾方法以及全脈沖采樣分段疊加干擾方法的干擾時(shí)序設(shè)計(jì)和信號處理方式，研究了不同干擾時(shí)序以及信號處理方式對脈沖壓縮后產(chǎn)生假目標(biāo)的數(shù)目和密集度的影響，并結(jié)合仿真從干擾效果角度比較了3種干擾方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

線性調(diào)頻信號；脈沖壓縮雷達(dá)；密集假目標(biāo)干擾

0 引言

脈沖壓縮雷達(dá)線性調(diào)頻(LFM)信號頻率與時(shí)間之間的線性關(guān)系使其有很大的時(shí)寬帶寬積，保證較大的脈寬下依然可以得到很高的距離分辨率，在利用數(shù)字射頻存儲器對其進(jìn)行假目標(biāo)干擾時(shí)，若仍然按照常規(guī)脈沖信號在收到一個(gè)完整的雷達(dá)脈沖后再進(jìn)行脈沖的復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)完一個(gè)完整的脈沖后再轉(zhuǎn)發(fā)第2個(gè)脈沖，此種全脈沖采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的干擾方式雖可以達(dá)到最好的相參性以及最大的處理增益，但其缺點(diǎn)也是明顯的，以一個(gè)100 μs的線性調(diào)頻脈沖為例，在自衛(wèi)干擾的情況下，全脈沖采樣復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生的第1個(gè)假目標(biāo)至少要落后真實(shí)目標(biāo)100 μs[1]，換算為距離相當(dāng)于15 km，而在后續(xù)的全脈沖重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中產(chǎn)生的假目標(biāo)間隔也為15 km,如此產(chǎn)生的假目標(biāo)過于稀疏，必然會影響假目標(biāo)的干擾效果[2]。為解決上述問題，可通過重新設(shè)計(jì)信號采樣時(shí)序和信號轉(zhuǎn)發(fā)的方式來產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾。本文研究較為典型的3種密集假目標(biāo)干擾方法，第1種方法為脈沖間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的方法，第2種方法是全脈沖采樣延遲疊加轉(zhuǎn)發(fā)的方法，第3種是全脈沖采樣分段疊加循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的方法。

1 脈沖間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)密集假目標(biāo)干擾方法

脈沖間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的方法其干擾核心思想就是：當(dāng)截獲到大時(shí)寬雷達(dá)信號時(shí)，高保真采樣其中的一小段信號后馬上進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)，然后再采樣、轉(zhuǎn)發(fā)下一段[3]，如此交替工作，直至大脈寬結(jié)束。其干擾原理如圖1所示。

圖1 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理Fig.1 Intermittent sampling repeater jamming principle

經(jīng)仿真，間歇采樣后的線性調(diào)頻信號如圖2所示，從圖中可以看出，間歇采樣后，寬脈沖的線性調(diào)頻信號被分成了N段線性調(diào)頻子脈沖。

該信號通過匹配濾波器脈沖壓縮后的波形如圖3所示，此種干擾方法可以產(chǎn)生1個(gè)主假目標(biāo)和多個(gè)對稱分布在主假目標(biāo)兩側(cè)的次假目標(biāo)，在對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)進(jìn)行間歇采樣密集假目標(biāo)干擾時(shí)，不能只考慮單個(gè)主假目標(biāo)的質(zhì)量，次假目標(biāo)的幅度、數(shù)目、間隔也是形成密集假目標(biāo)的重要因素，因此在設(shè)計(jì)間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的密集假目標(biāo)干擾方法時(shí)，采樣間隔、轉(zhuǎn)發(fā)方式和產(chǎn)生的假目標(biāo)的密集度、數(shù)量之間的關(guān)系是研究的重點(diǎn)。

圖2 間歇采樣線性調(diào)頻信號波形圖Fig.2 Intermittent sampling LFM signal waveform

圖3 間歇采樣線性調(diào)頻信號脈壓輸出Fig.3 Intermittent sampling pulse compression of LFM signal output

在間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的密集假目標(biāo)干擾方法中要產(chǎn)生多個(gè)逼真的假目標(biāo)，對采樣時(shí)序的要求如下：

(1)

在圖3中主假目標(biāo)位置為0時(shí)刻，相當(dāng)于線性調(diào)頻信號脈沖的結(jié)束時(shí)刻，當(dāng)進(jìn)行自衛(wèi)干擾時(shí)，主假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了重疊，若要實(shí)現(xiàn)假目標(biāo)的前置，就需要依靠次假目標(biāo)，而次假目標(biāo)的位置則由采樣脈寬τ和采樣周期Ts共同決定，一般情況下，相鄰2個(gè)假目標(biāo)的間隔為

(2)

由式(2)可知，要想獲得較高的假目標(biāo)密集度，只能夠增加采樣的周期Ts(T，B為雷達(dá)參數(shù)無法控制)。于此同時(shí)，假目標(biāo)的幅度是由采樣的占空比決定的，主假目標(biāo)的幅度為τ/Ts，其余次假目標(biāo)的幅度為2sin(nπτ/Ts)/nπ，占空比越大，主假目標(biāo)和次假目標(biāo)的幅度差別越大，占空比越小，主假目標(biāo)和次假目標(biāo)的幅度逐漸接近，從而可以形成密集的假目標(biāo)干擾。

由上述分析可知，在設(shè)計(jì)間歇采樣密集假目標(biāo)干擾時(shí)序時(shí)，采樣時(shí)間τ和采樣周期Ts的選擇至關(guān)重要，針對不同的雷達(dá)，選擇合理的Ts與τ，才能形成有效的密集假目標(biāo)干擾。

2 全脈沖采樣延遲疊加密集假目標(biāo)干擾方法

全脈沖采樣延遲疊加的密集假目標(biāo)干擾原理如圖4所示。

圖4 脈沖延遲疊加原理圖Fig.4 Pulse delay superposition principle diagram

干擾機(jī)對雷達(dá)脈沖進(jìn)行全脈沖采樣，在轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)，干擾機(jī)對采樣的全脈沖進(jìn)行逐個(gè)的延遲然后再疊加，此種方法解決了在全脈沖依次轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)壓縮后假目標(biāo)過于稀疏的問題，同時(shí)也避免了間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)Ts對于假目標(biāo)密集度的限制，從理論角度講，此種方法可以實(shí)現(xiàn)任意密集度的假目標(biāo)干擾。

在實(shí)際應(yīng)用中，脈沖延遲疊加的方法是通過卷積來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻信號為s(t),在干擾機(jī)信號處理單元內(nèi)設(shè)計(jì)視頻函數(shù)：

(3)

通過f(t)與全脈沖雷達(dá)信號s(t)進(jìn)行卷積[5-6]，相當(dāng)于將原來的線性調(diào)頻信號s(t)延時(shí)ti，然后加權(quán)累加。在產(chǎn)生干擾時(shí)，可以通過減小延遲間隔Δt=ti-ti-1來提高假目標(biāo)的密集度，通過增大n來增加假目標(biāo)的數(shù)目[7]，但在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮設(shè)實(shí)際的硬件器件的速度和卷積的計(jì)算能力，因此在干擾時(shí)序設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮上述因素，合理選擇假目標(biāo)的密集度和假目標(biāo)的數(shù)目。

本文選取脈寬為100 μs，調(diào)頻帶寬為10 Mbit的線性調(diào)頻雷達(dá)信號對其進(jìn)行干擾仿真，選取干擾轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)脈沖延遲的間隔時(shí)間Δt為10 μs，假目標(biāo)個(gè)數(shù)n為24個(gè)，對延遲疊加各個(gè)脈沖的功率分配問題進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖5所示。

圖5 脈沖延遲疊加示意圖Fig.5 Pulse delay stack diagram

圖6 脈沖延遲疊加密集假目標(biāo)干擾仿真Fig.6 Simulation of Multi-false-target Jamming Effect by Overlapping Copied Radar Pulses

由圖6可知，脈寬100 μs、調(diào)頻帶寬為10 Mbit的線性調(diào)頻雷達(dá)信號在經(jīng)過24次10 μs的延遲疊加后，變?yōu)榱碎L度為340 μs的一個(gè)長脈寬信號[9]，在經(jīng)過脈沖壓縮后，產(chǎn)生了24個(gè)密集的假目標(biāo)。這24個(gè)假目標(biāo)前1～10個(gè)假目標(biāo)的功率逐漸遞減，第11～14個(gè)假目標(biāo)的功率完全相同，第15～24個(gè)假目標(biāo)的功率有逐步遞增，此現(xiàn)象也與之前對疊加脈沖的功率分析完全吻合。

3 全脈沖采樣分段疊加循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)密集假目標(biāo)干擾方法

全脈沖采樣分段疊加循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的密集假目標(biāo)干擾方法原理如圖7所示。

圖7 全脈沖采樣分段疊加原理圖Fig.7 Full pulse sampling segmented superposition principle diagram

此處依然以干擾脈寬100 μs的線性調(diào)頻信號為例，首先對雷達(dá)脈沖進(jìn)行全脈沖采樣，采樣完成后，將脈沖分段，此處選擇分段大小為10 μs，由此全脈沖被分為10段，然后將10段脈沖疊加(并不要求必須均勻分段，例如也可選擇分段大小為15 μs，將100 μs的脈沖分為7段，最后一段只有10 μs，直接疊加即可)，疊加后原信號變?yōu)?段10 μs的窄脈沖，再將這段10 μs窄脈沖的信號無間隔循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，即可在脈沖壓縮雷達(dá)上產(chǎn)生密集的假目標(biāo)信號[10]。

本文通過仿真對信號分段大小以及疊加后脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)與產(chǎn)生的密集假目標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，具體仿真參數(shù)設(shè)置如下：設(shè)雷達(dá)脈寬為100 μs,調(diào)頻帶寬為10 MHz，在雷達(dá)脈沖被全脈沖采樣之后，100 μs大脈寬信號被分成了10段10 μs窄脈沖信號，然后疊加為1段10 μs窄脈沖，在進(jìn)行疊加后窄脈沖無間隔循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，分別仿真了疊加窄脈沖轉(zhuǎn)發(fā)1次、2次以及轉(zhuǎn)發(fā)24次對應(yīng)所產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾的情況，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 疊加窄脈沖1次轉(zhuǎn)發(fā)Fig.8 One forward overlap narrow pulse

圖8仿真中進(jìn)行了1次疊加窄脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)，在進(jìn)行脈沖壓縮后得到10個(gè)幅度相等的假目標(biāo)，由圖7中干擾原理可知，100 μs的線性調(diào)頻寬脈沖被疊加成了一段10 μs的窄脈沖，在時(shí)域上相當(dāng)于將編號2～10的脈沖片全部移動(dòng)到編號1的脈沖片時(shí)段內(nèi)再相加，在頻域上等同于對編號1的脈沖片進(jìn)行了多次移頻再逐個(gè)疊加，由移頻干擾的原理可知[4]，后面9段脈沖片產(chǎn)生的假目標(biāo)信號必然會出現(xiàn)逐個(gè)前移的情況，而相鄰假目標(biāo)的間隔就是分段脈沖片的脈沖寬度。

圖9 疊加窄脈沖2次轉(zhuǎn)發(fā)Fig.9 Two forward overlap narrow pulse

在圖9的仿真中，進(jìn)行了2次疊加窄脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)，由于假目標(biāo)的前移，第1次轉(zhuǎn)發(fā)窄脈沖產(chǎn)生的后9個(gè)假目標(biāo)和第2次轉(zhuǎn)發(fā)窄脈沖產(chǎn)生的前9個(gè)假脈沖發(fā)生了重疊，因此實(shí)際上2次轉(zhuǎn)發(fā)比1次轉(zhuǎn)發(fā)只多產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，由此推得，每多一次疊加窄脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)，就會多產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)。

圖10 疊加窄脈沖20次轉(zhuǎn)發(fā)Fig.10 Twenty forward overlap narrow pulse

在圖10的仿真中進(jìn)行了20次疊加窄脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)，在壓縮后產(chǎn)生了29個(gè)密集假目標(biāo)，在實(shí)際干擾時(shí)，針對非捷變線性調(diào)頻信號雷達(dá)，可以繼續(xù)增加疊加窄脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)跨周期干擾，實(shí)現(xiàn)自衛(wèi)干擾中假目標(biāo)對真實(shí)目標(biāo)的前后包圍。

4 總結(jié)與討論

本文針對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)，提供了3種產(chǎn)生密集假目標(biāo)干擾的方法，從以上分析可知，3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：

(1) 在間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的密集假目標(biāo)干擾方法中，對大脈寬信號進(jìn)行采樣一段轉(zhuǎn)發(fā)一段的干擾方法，此種方法和全脈沖采樣相比大大的縮短了第一次采樣到干擾轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間，在自衛(wèi)干擾時(shí)，主假目標(biāo)可以逼近真實(shí)目標(biāo)，提高干擾效果，同時(shí)，由于間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的干擾方法會產(chǎn)生對稱于主假目標(biāo)兩側(cè)的次假目標(biāo)，因此在自衛(wèi)干擾時(shí)，假目標(biāo)相對于真實(shí)目標(biāo)會出現(xiàn)前置的情況，由此實(shí)現(xiàn)對真實(shí)目標(biāo)的前后包圍，提高干擾的效果。此種方法也有缺點(diǎn)，由于受采樣周期Ts的限制，首次采樣的時(shí)間不可能過短，而且次假目標(biāo)的數(shù)目及質(zhì)量也受采樣脈寬τ和采樣周期Ts的影響，因此在雷達(dá)干擾中，針對不同的雷達(dá)，如何設(shè)置這2個(gè)參數(shù)讓干擾效果達(dá)到最佳也是干擾時(shí)序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。

(2) 全脈沖采樣延遲疊加的密集假目標(biāo)干擾方法，通過延遲疊加的方式增加了假目標(biāo)的數(shù)量和密集度，可以實(shí)現(xiàn)近似于噪聲的密集假目標(biāo)干擾，但因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)時(shí)要求對雷達(dá)全脈沖進(jìn)行采樣，由此增加了采樣時(shí)間，若雷達(dá)脈沖寬度過寬，可能會影響干擾效果[11]。但這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以任意的調(diào)整延遲疊加的時(shí)間(在硬件允許的條件下)，即可以任意設(shè)置假目標(biāo)的密集度，當(dāng)假目標(biāo)達(dá)到一定密集度時(shí)，近似于噪聲干擾，會整體抬高雷達(dá)的檢測門限，使雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)[12]。

(3) 全脈沖采樣分段疊加循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)密集假目標(biāo)干擾方法通過脈沖分段疊加循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，大大提高了假目標(biāo)的密度，但與延遲疊加的方式一樣，因需要全脈沖采樣，增加了首次干擾脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，導(dǎo)致假目標(biāo)落后于真目標(biāo)距離過遠(yuǎn)，可能會影響干擾效果。但可以使用跨周期的方法解決以上問題，通過控制轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈沖的延遲時(shí)間，讓假目標(biāo)分布在真目標(biāo)前后，達(dá)到較好的干擾效果。

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Design and Analysis of Dense False Target Jamming Time Sequence of LFM Pulse Compression Radar

ZHANG Ke-zhou, LI Qing-shan, LU Jing, LI Xiu-jin

(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China, Henan Luoyang 471003,China)

In order to improve the jamming effect of whole sampling retransmission jamming for linear frequency modulation pulse compression radar, which makes the distance between false targets too great, the jamming time sequence and signal processing mode of the three typical dense false target jamming methods, including the intermittent sampling retransmission jamming method, the whole pulse sampling delay stack jamming method and the whole pulse sampling sectional stack jamming method, are analyzed. Moreover, the influence of the jamming time sequence and signal processing mode on number and density of dense false target are studied. After the jamming effect of three different jamming methods simulated, the advantages and disadvantages of these methods are compared and evaluated.

linear frequency-modulation signal; pulse compression radar; dense false target jamming

2014-09-23；

2014-10-09

張克舟(1983-)，男，甘肅禮縣人。工程師，碩士，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)與雷達(dá)對抗。

通信地址：471023 河南省洛陽市061信箱512信箱 E-mail：zkz1983@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.04.022

TN958.3；TN972

A

1009-086X(2015)-04-0132-06