對相位編碼雷達(dá)多假目標(biāo)干擾的研究

陳福興，黎明也，邱衛(wèi)軍

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十一研究所，上海 201802)

1 相位編碼信號特征

相位編碼雷達(dá)信號是一種脈沖壓縮擴(kuò)頻信號，具有低截獲概率和較強(qiáng)的抗干擾能力。相位編碼雷達(dá)是具有擴(kuò)頻特征的“復(fù)雜波形”雷達(dá)，不僅克服了脈沖雷達(dá)在同時提高發(fā)現(xiàn)能力、距離和速度測量精度及分辨力方面的矛盾，同時也使其在雷達(dá)對抗中具有了獨(dú)特的優(yōu)勢。相位編碼雷達(dá)能在頻譜上控制雷達(dá)輻射的能量，和脈沖雷達(dá)相比，在同樣的距離條件下可以發(fā)射較低的平均功率；另一方面，可將輻射功率能量擴(kuò)散到寬的頻帶上，降低單位頻帶內(nèi)的能量，從而使雷達(dá)輻射不易被察覺，降低了被截獲的可能。

相位編碼雷達(dá)信號通常用二元偽隨機(jī)序列對高頻寬脈沖進(jìn)行相位調(diào)制。常用的二元偽隨機(jī)序列有巴克序列、組合巴克序列、m-序列和 L-序列等。各相位編碼序列產(chǎn)生的效果基本相同。本文以13位巴克碼序列為例，分析說明對相位編碼雷達(dá)多假目標(biāo)干擾的方法。

巴克序列能獲得理想的非周期自相關(guān)函數(shù)。一般相位編碼雷達(dá)信號的表達(dá)式如下[1]：

s(t)=u(t)ej2πf0t=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

式中：u(t)=a(t)ejφ(t)，為其副包絡(luò)，φ(t)為相位調(diào)制函數(shù)，a(t)為幅度調(diào)制函數(shù)；f0為載波頻率。

對于巴克碼雷達(dá)，取：

(2)

式中：τ為脈沖寬度；τC為每個碼元對應(yīng)的寬度；N為碼元數(shù)。

每個碼元對應(yīng)的子脈沖的相位相對于某連續(xù)波參考信號隨機(jī)選擇為0或π，習(xí)慣上，將相位為“0”的子脈沖標(biāo)示為“1”或“+”，而將相位為π的子脈沖標(biāo)示為“0”或“-”。對于每個碼元，其φ(t)∈(0，π)。13位巴克碼的編碼規(guī)律如圖1所示，13位巴克碼調(diào)制信號時序、頻域特征分別見圖2、圖3。

圖1 13位巴克碼編碼規(guī)律

圖2 13位巴克碼編碼調(diào)制信號時域特征

圖3 13位巴克碼編碼調(diào)制信號頻域特征

2 對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)的方法

對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)，一般采用數(shù)字儲頻全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的假目標(biāo)模擬。傳統(tǒng)的收發(fā)分時系統(tǒng)儲頻轉(zhuǎn)發(fā)原理如圖4所示，干擾機(jī)在接收狀態(tài)時接收雷達(dá)脈沖并將脈沖信號進(jìn)行存儲。存儲完成后，干擾機(jī)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)，對存儲的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。要形成多假目標(biāo)，需要對存儲的脈沖信號進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)。為了形成最密集的假目標(biāo)效果，轉(zhuǎn)發(fā)的脈沖信號需盡可能地密集。如圖4所示，進(jìn)行全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)時，形成的最密集的假目標(biāo)距離為τ(τ為雷達(dá)信號的脈沖寬度)[2]。

圖4 多假目標(biāo)產(chǎn)生的一般方法

如果雷達(dá)的脈沖寬度較大，采用上述方法形成的多個假目標(biāo)間距較大，難以形成遮蓋效果，為了增加假目標(biāo)的密度，可采用截取法和疊加法形成密度更大的假目標(biāo)。

2.1 截取法產(chǎn)生多假目標(biāo)

截取法將雷達(dá)脈沖分為多個子段，在發(fā)射時，選取一個子段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。截取法的工作原理如圖5所示。以1/3截取為例：接收到的雷達(dá)脈沖信號等分為a、b、c3個子段(圖5(a))，發(fā)射時，選取a子段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(圖5(b))，轉(zhuǎn)發(fā)完成后立即再轉(zhuǎn)發(fā)a子段，多次不間斷選取a子段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(圖5(c)，5(d))，形成的多個假目標(biāo)的間隔為τ/3(圖5(e))。相對于全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)，增加了假目標(biāo)的密度。

圖5 截取法產(chǎn)生多假目標(biāo)示意

2.2 疊加法產(chǎn)生多假目標(biāo)

疊加法同樣將偵收到的雷達(dá)脈沖信號等分為多個子段，進(jìn)行干擾時，將各個子段的信號進(jìn)行疊加后釋放。疊加法的原理如圖6所示，以3次疊加為例，在偵收雷達(dá)脈沖后，將雷達(dá)脈沖信號等分為a、b、c3個子段(圖6(a))，干擾機(jī)進(jìn)入干擾時，將3個子段數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，形成a+b+c的疊加數(shù)據(jù)，幅度處理后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(圖6(b))。轉(zhuǎn)發(fā)完成后立即再轉(zhuǎn)發(fā)a+b+c疊加數(shù)據(jù)，多次不間斷對疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(圖6(c)，6(d))，形成的多個假目標(biāo)的間隔為τ/3(圖6(e))。

疊加法的疊加次數(shù)決定了形成假目標(biāo)的密集程度，一般而言，疊加次數(shù)越多，形成假目標(biāo)密集程度越高，假目標(biāo)之間的最小間隔為τ/N(τ為雷達(dá)信號脈沖寬度，N為疊加次數(shù))。但是，疊加次數(shù)增加后，會導(dǎo)致疊加數(shù)據(jù)與雷達(dá)信號的相關(guān)性變差，形成的假目標(biāo)功率損失加大，疊加一定次數(shù)后，疊加的數(shù)據(jù)已經(jīng)變?yōu)樵肼晹?shù)據(jù)，難以形成雷達(dá)假目標(biāo)[3]。

圖6 疊加法產(chǎn)生多假目標(biāo)示意

3 對相位編碼雷達(dá)多假目標(biāo)干擾的仿真分析

下面以13位巴克碼為例對相位編碼雷達(dá)的多假目標(biāo)干擾進(jìn)行仿真分析，分別分析截取法和疊加法對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)的情況。

對截取法仿真分析時，以4τ時間長度為分析周期，分別截取1/2脈沖，1/3脈沖，1/5脈沖和1/8脈沖的前后子段[4]。

圖7(a)為截取前1/2脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖7(b)為截取后1/2脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖7(c)為截取前1/3脈沖信號的脈壓結(jié)果，發(fā)現(xiàn)脈壓后在時間τ后信號幅度變?yōu)楹愣ㄖ怠Ｆ湓蛟谟?3位巴克碼的前5位均為1，致使截取的前1/3脈沖內(nèi)的信號未發(fā)生相位變化，從而導(dǎo)致與匹配濾波器失配嚴(yán)重，不能形成壓縮峰值；圖7(d)為截取后1/3脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/3；圖7(e)為截取前1/5脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后在時間τ后信號為定值；圖7(f)為截取后1/5脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/5；圖7(g)為截取前1/8脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/8；圖7(h)為截取后1/8脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/8。圖7中橫坐標(biāo)均以τ為時間單位。

根據(jù)仿真分析，截取法產(chǎn)生的假目標(biāo)間距為τ/N(N為脈寬的截取等分子段數(shù))，隨著N的增大，脈壓峰值越來越小。不同截取脈寬產(chǎn)生的假目標(biāo)的功率損失見表1。

表1 假目標(biāo)功率損失對比

對仿真結(jié)果(c)、(e)進(jìn)行分析，由于相位編碼的特性，若截取的脈沖子段內(nèi)相位未發(fā)生變化，脈壓后不能形成壓縮峰值，因此利用截取法對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)時，需要對相位編碼形式及編碼碼元進(jìn)行分析，截取適宜的脈沖子段。

圖7 截取法產(chǎn)生多假目標(biāo)仿真

圖8 疊加法產(chǎn)生多假目標(biāo)仿真

對疊加法仿真分析時，同樣以4τ時間長度為分析周期，分別選取2次、3次、5次和8次疊加進(jìn)行分析。

圖8(a)為疊加2次脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖8(b)為疊加3次脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/3；圖8(c)為疊加5次脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/5；圖8(d)為疊加8次脈沖信號的脈壓結(jié)果，脈壓后信號峰值間距為τ/8。圖8中橫坐標(biāo)均以τ為時間單位。

根據(jù)仿真結(jié)果，疊加法產(chǎn)生的假目標(biāo)間距為τ/N(N為疊加段數(shù))，隨著N增大，假目標(biāo)間隔越密，假目標(biāo)數(shù)也相應(yīng)增多，但由于片段越小，信號相參性就越差，假目標(biāo)功率損失就越大。

從信號疊加原理可知，疊加后的信號幅度值提高，將導(dǎo)致數(shù)字射頻存儲器(DRFM)中數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的飽和，考慮到實(shí)際DRFM系統(tǒng)中DAC有效位數(shù)一般多于A/D位數(shù)，為分析簡便，可不考慮DAC飽和截位。疊加后的信號在經(jīng)過發(fā)射機(jī)放大時，疊加信號可以看做是N個子相位編碼信號的合成(N為疊加段數(shù))，根據(jù)功率合成原理，每個子相位編碼信號功率為原始信號功率的1/N。因此，假目標(biāo)功率應(yīng)下降為10lg(1/N)。

4 結(jié)束語

本文以13位巴克碼編碼雷達(dá)為例，分析了對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)干擾的一般方法。針對全脈沖儲頻轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生多假目標(biāo)密集度低的問題，提出了利用截取法和疊加法提高對相位編碼雷達(dá)干擾的假目標(biāo)密集度，給出了截取法和疊加法對相位編碼雷達(dá)產(chǎn)生多假目標(biāo)的目標(biāo)間距和功率損耗的仿真計(jì)算。本文的研究結(jié)果為相位編碼雷達(dá)的多假目標(biāo)干擾參數(shù)設(shè)計(jì)和干擾機(jī)功率計(jì)算提供了依據(jù)。