間歇混沌采樣靈巧干擾生成算法

于沐堯,董勝波，王秀君

(1.北京遙感設備研究所,北京 100854；2.中國電子科技集團第二十九研究所，四川 成都 610036)

0 引言

在軍事科技的發展中，電子對抗技術逐漸占據重要地位，干擾與抗干擾成為該領域熱門的研究課題之一[1]。作為數字射頻存儲(digital radio frequency memory,DRFM)技術應用中的經典干擾樣式，間歇采樣轉發產生的干擾信號與雷達發射信號具有很高的相干性，在時域、頻域、空域等作戰域內高度相似，同時在雷達接收機中可獲得很大的相干處理增益，是目前運用較為廣泛的相參干擾技術[2-4]。

長久以來，國內外專家對基于DRFM的間歇采樣轉發干擾開展了大量的研究與改進工作。文獻[5]提出了基于移頻導前干擾的間歇采樣轉發干擾，并計算干擾機天線功率增益補償失配損耗。文獻[6]提出了一種間歇采樣調相干擾技術，該技術通過對間歇采樣信號與多種相位調制方式的結合，增加匹配濾波后主假目標與真實目標的距離，達到欺騙雷達正常工作的目的。文獻[7]提出了導前干擾與靈巧噪聲相結合的組合干擾樣式，仿真結果表明該種干擾產生的密集假目標具備欺騙和壓制的干擾效果。文獻[8]利用循環存儲同時結合卷積濾波器的方式產生多假目標。文獻[9]提出了階梯波頻移、線性函數頻移、分段線性函數頻移等新式頻移干擾，使脈沖壓縮雷達產生多組以主假目標為中心均勻分布的密集假目標群，但是通過假目標群均勻分布的特點，某些特征分辨雷達可以進行識別。文獻[10]提出了靈巧噪聲干擾方法，通過噪聲與雷達信號進行卷積調制或者乘積調制后轉發的機理，產生壓制與欺騙干擾效果。文獻[11]提出了基于隨機碼元調制的密集假目標干擾生成方法，通過調制碼元控制產生不同的假目標。文獻[12]根據方位延遲量和距離延遲量的關系，提出了具有航跡特征的多假目標干擾。文獻[13]采用非完整正弦信號、伯努利混沌噪聲進行卷積調制干擾，使得假目標在距離上分布更加密集，達到了更好的壓制效果。文獻[14]提出一種掃頻鋸齒波靈巧噪聲干擾技術，干擾信號通過在原有雷達回波上附加一個窄帶線性調頻信號產生，用較小的功率在目標回波附近產生類似高斯噪聲的特性。文獻[15]提出了一種基于間歇采樣的脈沖隨機轉發干擾新方法，該方法通過隨機序列控制是否轉發當前選擇的干擾信號，達到提高次假目標相對幅度的目的，使干擾信號具有更好的壓制效果。

然而，由于間歇采樣轉發干擾信號所產生的多假目標分布均勻，通過特征識別的方法可以識別進而抑制假目標，同時由于次假目標的幅度衰減快，使得達到干擾能力的有效假目標數量減少，欺騙干擾與壓制干擾效果不盡理想。

本文從間歇采樣轉發干擾原理出發，推導并分析了經典切片干擾的缺點，在此基礎上提出了一種基于間歇混沌采樣轉發的靈巧干擾生成算法。首先生成Tent混沌序列，利用該序列不確定、不重復、非周期、不可預測的特點控制采樣時間窗長度和轉發時間窗長度，使得假目標分布不均勻，同時混沌序列的特點將大幅增加雷達接收機對干擾信號參數估計的難度，降低干擾識別率；其次，通過靈巧噪聲對采樣后的干擾信號進行卷積調制，提高次假目標群相對幅度，增加了有效假目標的數量；最后進行仿真對比實驗，通過與經典切片干擾與脈沖隨機轉發干擾的比較，該算法達到了較好的欺騙干擾與壓制干擾效果，驗證了本文算法的正確性和有效性。

1 間歇采樣轉發的切片干擾生成算法

間歇采樣轉發干擾(interrupted sampling repea-ter jamming,ISRJ)通過對雷達信號的采樣、存儲、轉發，利用脈沖壓縮雷達的匹配濾波特性產生相干假目標[16]，假設雷達發射信號為線性調頻信號s(t)，表達式為

(1)

式中：A為信號幅度;T為脈沖寬度;f0為信號載波頻率;K為調頻斜率。

采樣信號p(t)為矩形脈沖串，其表達式為

(2)

式中：τ為采樣信號脈沖寬度；Ts為采樣信號脈沖重復周期，則fs=1/Ts為采樣信號脈沖重復頻率。

對干擾機接收的雷達信號s(t)進行間歇采樣，得到的ISRJ信號為

(3)

最后，ISRJ信號經雷達接收機匹配濾波器h(t)后得到的信號jr(t)為

(4)

由式(4)可以看出，匹配濾波后的輸出主要有2部分組成，第1部分是主假目標，與雷達回波信號除幅度外完全相同;第2部分是次假目標，通過采樣將信號頻譜搬移到了各次諧波上。由此結論可以得出，回波信號經脈沖壓縮匹配濾波后，在徑向距離方向上會形成以主假目標為中心對稱均勻分布的次假目標，各次假目標幅度與sin(πnfsτ)的數值有關，且相對于主假目標衰減過大，同時，由于sin(πnfsτ)的周期性使得有效假目標減小，降低干擾效果。

2 間歇混沌采樣靈巧干擾生成算法

2.1 數學模型

由于ISRJ存在上述缺點和問題，本文提出一種間歇混沌采樣靈巧干擾。混沌序列是一種無規律、非周期的序列，因為其具有很強的復雜性、奇異性、隨機性、遍歷性，所以在通信和信息安全領域得到廣泛的應用[17-18]。這一思路如果應用在電子對抗領域方面，則可使干擾機在雷達電子戰抗干擾方面具有很強的隱蔽性，從而增加雷達接收機對干擾信號參數估計的難度，同時生成的混沌映射易于實現，運算速度快，適合工程實踐。本文采用Tent混沌序列進行雷達信號間隔采樣，生成干擾信號。Tent混沌序列的通用形式為[19]

(5)

采用Tent混沌序列對矩形脈沖采樣信號p′(t)的控制，其表達式為

(6)

對于混沌序列控制的切片干擾，式(6)可以寫為

(7)

式中：λ1,λ2為混沌映射因子;xk為Tent混沌序列。

在此情況下，對干擾機接收的雷達信號s(t)進行間歇混沌采樣后得到間歇混沌采樣信號，之后進行靈巧噪聲卷積調制，生成的間歇混沌采樣靈巧干擾(interrupted chaotic sampling smart jamming,ICSSJ)為

j′(t)=[s(t)p′(t)]?n(t)=

(8)

(9)

2.2 算法設計及步驟

綜上所述，ICSSJ生成算法流程圖如圖1所示。

干擾生成算法具體步驟如下。

Step 1： 根據式(5)生成Tent混沌序列{xk},k=1,2,…,N或調用預存Tent混沌序列。

Step 2： 根據混沌序列{xk}生成矩陣脈沖采樣信號p′(t)。

Step 3： 用采樣信號p′(t)對雷達信號進行采樣，生成間歇混沌采樣信號。

Step 4： 根據式(8)進行卷積調制，得到ICSSJ干擾信號j′(t)。

3 仿真實驗與結果分析

3.1 間歇采樣轉發的切片干擾

實驗仿真選取式(1)線性調頻信號作為雷達信號。根據第1節ISRJ原理，假設目標距離4.5 km，即匹配濾波結果時延為30 μs，信噪比SNR=10 dB，信號載頻f0=50 MHz，信號初相為0，脈沖寬度T=30 μs，調頻斜率K=2 MHz/μs，采樣頻率fs=800 MHz，采樣信號脈沖寬度τ=1 μs，干擾形式為切片干擾，則采樣信號脈沖重復周期Tsj=2τ=2 μs，假設干擾機工作處理時間τp=50 ns，干信比JSR=5 dB。圖2a),b)分別為切片干擾信號與其頻譜，圖3為經脈沖壓縮后切片干擾效果圖。

由圖3中可以看出,回波信號經脈沖壓縮匹配濾波后，在徑向距離方向上形成了以主假目標為中心對稱均勻分布的次假目標，表1給出了切片干擾次假目標歸一化幅度的前6個最大值。可以發現,各次假目標相對于主假目標衰減過大，有效假目標數過少，干擾效果不盡理想。

表1 切片干擾次假目標歸一化幅度Table 1 Normalized amplitude of secondary-false targets of slicing jamming

3.2 脈沖隨機轉發干擾

為綜合比較本文生成的干擾信號的優勢，這里引入文獻[15]中脈沖隨機轉發干擾新方法用以進行對比實驗。參數設置與第3.1節設置相同，圖4a),b)分別為脈沖隨機轉發干擾信號與其頻譜，圖5為經脈沖壓縮后脈沖隨機轉發干擾效果圖。

由圖5中可以看出,回波信號經脈沖壓縮匹配濾波后，在徑向距離方向上也形成了以主假目標為中心對稱均勻分布的次假目標，表2給出各次假目標相對歸一化幅度的前6個最大值。從表中可以看出，各次假目標幅度均有大幅提高，形成覆蓋在主假目標附近的假目標群，具有較好的干擾效果，但是仍然沒有解決假目標對稱分布的問題。

表2 脈沖隨機轉發干擾次假目標歸一化幅度Table 2 Normalized amplitude of secondary-false targets of pulse random repeater jamming

3.3 間歇混沌采樣靈巧干擾

根據第2節建立的數學模型，參數設置與第3.1節設置相同，Tent混沌序列參數為h=0.4，λ1=1.5，λ2=3，圖6a),b)為間歇混沌采樣信號與其頻譜，圖7a),b)為經過靈巧噪聲卷積調制后生成的ICSSJ信號與其頻譜，圖8為經脈沖壓縮后ICSSJ的干擾效果圖。

從圖8中可以看出，在主假目標附近形成了密集分布的不均勻的多假目標，同時在徑向距離上也分布著非均勻分布的多假目標群，并且在多假目標群內部的各個假目標分布也不均勻，克服了假目標衰減的缺點，很好地提高了欺騙和壓制干擾效果，也增加了有效假目標的數量。由于形成了密集假目標群的影響，表3給出了各多假目標群中最大歸一化幅度，可以看出不同假目標群的歸一化幅度衰減很小，使得不同徑向距離上的有效假目標群增加。

表4給出了包含主假目標的假目標群內部不同次假目標歸一化幅度的前6個最大值。可以看出，假目標群內部的歸一化幅度衰減同樣很小，使得不同假目標群內部的各次假目標中的有效假目標數量增加。

為綜合對比真實目標回波信號與3種干擾信號的差異，圖9給出了導前移頻量為5 MHz時3種干擾信號脈沖壓縮后的干擾效果圖。從圖9a),b),c)的對比情況可以看出，文本提出的ICSSJ干擾經過脈沖壓縮后形成多個密集假目標群，具有很強的壓制干擾與欺騙干擾效果，很好地解決了當前ISRJ干擾面臨的問題。

表3 多假目標群最大歸一化幅度Table 3 Maximum normalized amplitude of multi-false targets group

表4 主假目標群內次假目標歸一化幅度Table 4 Normalized amplitude of secondary-false targets in main-false targets group

4 結束語

本文通過對ISRJ的原理研究，分析了現有切片干擾多假目標分布均勻與次假目標衰減快的缺點，提出了一種基于間歇混沌采樣靈巧干擾。通過Tent混沌序列控制采樣時間窗和轉發時間窗，產生非均勻多假目標群，通過靈巧噪聲卷積調制大幅提高次假目標歸一化幅度，最后通過與切片干擾和間歇采樣隨機轉發干擾進行仿真對比實驗。結果表明,該算法解決了傳統切片干擾信號的缺點，更好地兼顧了壓制干擾與欺騙干擾的效果，大幅增加雷達接收機對干擾信號參數估計的難度，使得雷達識別與抑制假目標的能力大幅下降，為電子戰中的干擾機總體設計提供理論依據。本文下一步將對該種干擾生成算法的改進和工程實現進行深入研究。