激光雷達距離欺騙干擾技術研究

王 萃 張會彬

（電子科技大學，四川 成都 610054）

激光雷達距離欺騙干擾技術研究

王 萃 張會彬

（電子科技大學，四川 成都 610054）

文章主要介紹激光雷達測距的原理，激光測距機的組成及各部分的功能，根據其原理，介紹一種常用的距離欺騙的方法-數字儲頻技術,闡述其距離假目標欺騙的原理，對其工作過程進行仿真。研究表明，采用數字儲頻技術能夠有效的進行欺騙，這種技術既可以用于掩護空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開機，暴露其真實的兵力部署，因此具有相當大的軍事意義。

激光測距；距離欺騙干擾技術；數字儲頻技術

1 引言

激光雷達欺騙干擾技術一般是通過模擬目標信號的參數特征，產生假目標信號作用于對方雷達，使對方雷達獲得假目標信息而逐漸丟失真實目標信息，從而實現干擾欺騙的目的。距離欺騙干擾技術是目前應用比較廣泛的一種有源干擾技術，其特點是假目標距離探測器的位置不同于真實目標，而其余參數近似等于真實目標，因此比較容易達到以假亂真。欺騙干擾技術一般是通過對接收到的雷達信號進行截獲、采樣、恢復、存儲、延遲、移頻、轉發等，使對方雷達探測器接收到多個虛假目標信號，誘騙或破壞跟蹤、制導雷達對真目標的跟蹤，從而使其顯示器上顯示多個虛假目標，使對方雷達對當前情況進行錯誤的測量，使對方雷達無法辨別真假，增加其雷達的虛警率、使其信息處理終端系統飽和，從而延緩發現真實目標的時間，為戰爭贏得寶貴的時間。

1.1 激光雷達測距的原理

激光測距機是指利用激光脈沖或連續波激光束測量目標距離探測器位移的一種距離測量儀。利用高重復頻率的強激光脈沖進行測距的稱為脈沖激光測距機，利用連續波激光束進行測距的稱為連續波激光測距機。其中，較為常用的是脈沖激光測距機。

圖1 激光脈沖雷達測距原理示意圖

在脈沖激光測距機中，通常用一個同步脈沖信號對時間間隔進行計時，即利用石英振蕩器產生高頻時鐘脈沖同步序列，在測距機向被測目標發出激光脈沖后，觸發距離波門限打開，同步脈沖信號開始計時，當接收機接收到從目標返回的信號后，距離波門限關閉。就是通過從激光脈沖發射到目標、從目標返回到接收機期間，進入計數器波門限的同步脈沖的個數來測量的。設在這段時間里，有n個同步脈沖進入計數器，同步脈沖之間的時間間隔為τ，則：

1.2 激光雷達測距機的組成

目前，脈沖激光測距機已經發展到較高的水平，半導體激光測距機具有結構簡單、體積小、質量輕等特點，在中、近程測距方面有明顯優勢，目前其作用距離可達1 km，精度可達到幾厘米。因此通常所說的軍用激光測距機主要是指半導體脈沖激光測距機。

激光測距機一般由電源、激光器、光學系統、指示與穩定系統、傳感器、窄帶光學濾波器、光探測器、放大器、匹配器、比較器、測距計時器、終端設備組成。激光發射部分，是為了產生高功率、高峰值的連續激光脈沖，并將激光脈沖經擴束、準直光學系統較精確的射向被測目標。激光接收機作用是經過光電探測器接收從目標漫反射回來的激光脈沖回波信號，經聚焦、準直光學系統轉化為電信號，經放大處理計算、并顯示被測目標距離測距機的位移。

圖2 激光測距機原理框圖

激光測距機的工作原理如圖2所示，激光器在測距點向被測目標發射一束很窄的高功率的激光脈沖，經過激光擴束準直光學系統，在導向穩定系統作用下，激光脈沖穿過大氣射向被測目標；在激光束離開測距機時，從發射光束中取出一小部分作為參考脈沖信號，觸發距離波門限打開，啟動數字測距計時器開始計時，即利用石英振蕩器產生高頻時鐘脈沖同步序列開始計時；到達目標的激光束有一小部分激光被被測目標漫反射回到激光測距機上；經接收望遠鏡和窄帶濾波片等光學元件傳遞至光電探測器上，轉換成電信號；探測器輸出的電信號送往放大器和匹配濾波器，處理后進入比較器與設定的閾值進行比較；比較后的輸出信號如若匹配參考脈沖信號，則測距計時器關閉，終止計時。計數器從開門到關門期間，所進入的鐘顯頻脈沖個數，經過運算得到目標距離，在顯示器上示出來。

隨著科學技術的進步和世界各國對電子戰役的投入不斷增加，電子戰技術正以史無前例的速度向前發展，新技術和新裝備不斷涌現，性能水平持續提高，從而促使電子戰的作戰領域和作戰方式不斷變化，電子戰裝備的能力也在發生著革命性的變化。因此怎么提高本國的電子戰役能力，對抗敵方不斷探測的雷達信號，是一個非常亟待解決的問題。

2 數字儲頻技術

數字儲頻技術是建立在數字射頻（DFRM）基礎上的距離欺騙技術，是為了解決上面的問題而提出來的，DRFM 能識別，捕獲，存儲不同的雷達信號和經過特殊調制的雷達信號，而且可以有較長的存儲時間。利用DRFM產生的干擾信號與雷達信號是相干的。數字儲頻器能精確的復制原始信號，然后通過適當的延遲，轉發就可以對對方雷達實施有效的欺騙干擾。基于數字射頻存儲器（DRFM）的距離欺騙干擾由于其需要的干擾機功率相對較低，且適應于對眾多新型體制雷達的干擾，因而在近代歷次戰爭中得到了廣泛的應用。國外DRFM技術在武器裝備中的應用已進入實用化階段,由于技術上的差距及國外的封鎖,我國在這一技術領域還處于比較落后的狀態,還遠不能滿足我軍電子對抗設備的迫切需求。

2.1 DRFM原理介紹

數字射頻存儲器(Digital Radio Frequency Memory，縮寫為 DRFM)是已成為電子戰役領域中一個非常重要的研究課題。其瞬時帶寬一般為50MHz，其量化形式采用幅度量化，復制信號信噪比優于50dB，相位噪劣化小于-3dB，工作方式為延遲重發。DRFM 技術的出現不僅提高了新一代電子對抗設備的能力，同時增加了系統的靈活性和再編程能力，為干擾脈壓（PC）雷達、脈沖多普勒（PD）雷達、合成孔徑雷（SAR）等現代雷達提供了有力的手段。

圖3 DRFM 在電子干擾設備中的典型應用圖

DRFM系統一般有幾個基本部分：功率的放大和縮小設備、帶通濾波器、混頻器、中頻帶通濾波器、干擾控制模塊、頻率綜合器、DRFMA處理單元等，如圖3所示。系統對截獲到的雷達信號進行功率的縮小后，經過帶通濾波器，經過混頻處理，濾掉高頻信號，得到原信號，經過DFRM處理系統后，對原信號進行附加頻率的調制，疊加高頻載波信號，經過功率放大器發射出去，使對方雷達信號接收。DRFM的結構可分為單通道DRFM，正交雙通道DRFM，多通道DRFM。在實際應用中一般采用正交雙通道DRFM。其主要工作過程如圖2.2所示：系統對輸入信號x(t)正交下變頻后的同相和正交分量進行采樣。只要每一路的ADC的采樣率大于或者等于輸入信號x(t)的最高頻率即可無失真的恢復出原信號。正交雙通道DRFM的瞬時帶寬由決定，其中α為帶通濾波器和抗混疊濾波器的影響因子，為采樣頻率。DRFM采用同步檢波器將輸入的射頻信號與一組正交的基準信號相乘，將輸入信號變換成等效的同相（I）和正交（Q）低通分量，接下來對兩組分量分別進行A/D轉換，將數字信號存儲于數字存儲器中，經過時間、頻率的調制后，再經逆過程，重構射頻發射信號，將信號發射出去。

圖4 DRFM 的系統框圖

2.2 基于DRFM的多普勒移頻干擾

多普勒移頻干擾轉化為距離欺騙的干擾樣式，是一種對線性調頻脈沖壓縮雷達的距離欺騙干擾樣式。這種干擾樣式的干擾信號，是在接收的雷達信號上調制了多普勒頻移而產生的。線性調制脈沖壓縮雷達經信號處理后，誤認為這種干擾信號具有距離便宜，于是轉化為距離欺騙干擾。LFM脈沖信號是脈內相干的，這種脈內相干性會是其在距離-多普勒之間存在強的耦合，這種距離-多普勒之間的相互影響會引起距離隨著多普勒頻移的視在漂移而產生測距誤差。適當地使轉發干擾信號的頻率失配（疊加一個多普勒移量），就可以使雷達產生一個假目標。假目標或領先于匹配目標，或落后于匹配目標，具體情況取決于多普勒頻移的正或負。也就是說，LFM脈沖壓縮雷達比常規雷達更易受轉發式干擾機的干擾，甚至，相干轉發1/2的脈沖壓縮雷達信號波形也可以產生較好的干擾效果。

LFM信號的復數表達式為

設基于 DRFM 的移頻干擾的信號形式為：

對線性調頻信號做移頻干擾時，根據移頻量的不同，可以引起速度干擾和距離干擾。因為壓縮濾波器是一線性時不變系統，當信號和干擾共同作用時，壓縮濾波器的響應可理解為信號和干擾分別作用時的響應之和。

圖5 基于DRFMD的正向移頻干擾效果圖

圖6 基于DRFM技術的負向移頻干擾效果圖

基于 DRFM 的多普勒移頻干擾利用了LMF脈沖壓縮雷達固有的距離-多普勒頻移之間存在強耦合的弱點，通過對接收到的雷達偵測信號調制一個附加的頻率后轉發給對方雷達，達到了距離欺騙干擾的目的。

3 結論

研究表明，采用數字儲頻技術能夠有效的進行欺騙，這種技術既可以用于掩護空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開機，暴露其真實的兵力部署，使得戰爭一開始就使敵人對整個戰場感到迷茫，從而贏得戰爭的主動權，贏得戰爭的勝利，因此具有相當大的軍事意義。

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Research on deception jamming technology of laser radar

This article mainly introduces the principle of laser ranging radar, the constituent parts of the laser rangefinder and the function of each part, and then this paper introduces a common method - the technology of Digital Radio Frequency Memory, expounding its deception principle of the false target and its working process for simulation. Research shows that using Digital Radio Frequency Memory technology can effectively carry out false targets deception. This technique can not only be used to cover the air defense, but also can be used for interfering with the enemy and decoying attack, exposing the real deployment of troops; therefore has considerable military significance.

Laser ranging; deception jamming technology; digital radio frequency memory

E9

A

1008-1151(2015)01-0018-03

2014-12-11

王萃（1989－）女，電子科技大學在讀碩士研究生，研究方向為激光雷達距離欺騙技術。