一種復雜波形雷達抗DRFM示樣脈沖干擾技術研究

關明江，宋順富，嚴厚偉

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

隨著雷達技術的發展，雷達干擾和抗干擾技術也隨之不斷進步。數字射頻存儲器(DRFM)欺騙式干擾是雷達面臨的主要威脅之一，與DRFM欺騙式干擾對應的抗干擾措施的應用決定著雷達對目標進行定位和跟蹤的準確性，如何有效提高雷達抗DRFM干擾效果將是我們今后長期研究的對象之一。

對雷達而言，射頻信號經過雷達天線接收后，再通過收發隔離開關將信號送至接收機保護器，然后經過低噪聲放大器再送到混頻器與本振信號混頻，變為中頻信號。中頻信號再由多級中頻放大器進行放大和匹配濾波[1]，最終通過檢波器和視頻放大器把信號送至終端設備。

1 常用雷達有源干擾方式

有源干擾根據其作用效果可以分為有源壓制干擾和有源欺騙干擾。

有源壓制干擾通過發射大功率調制噪聲在速度、距離或圖像域達到遮蓋回波目標的效果，從而降低真實目標的發現概率，影響雷達正常工作[2]。有源壓制干擾的實現較為簡單，可以同時干擾目標地區的多部雷達，缺點是對干擾機的功率要求較高。

有源欺騙干擾主要是轉發式干擾，因干擾信號頻率在雷達接收帶寬內，所以干擾信號也會通過雷達接收機獲得增益，因此有源欺騙干擾能夠通過較小的干擾功率而獲得較好的干擾效果。對雷達來說，有源欺騙干擾能獲得較大的增益，較容易掩蓋雷達探測的真實目標；其次，有源欺騙干擾在調用存儲信號時可進行時域、頻域、相位、幅度上的調制[3]，這樣能更好地掩護真實目標并增加雷達資源消耗，具有較好的干擾效果。DRFM干擾即有源欺騙干擾，是一種相干干擾，它是雷達有源干擾的重要組成部分。

2 DRFM基本原理和DRFM方式

DRFM作為一種轉發干擾，各種DRFM方式有不同的工作特點，適用于不同的干擾場合。

2.1 DRFM基本原理

DRFM的基本原理為奈奎斯特采樣定理，即：用頻率大于或等于2倍信號頻率的信號進行采樣，則采樣后的信號通過理想低通濾波器后能夠恢復原信號，即滿足采樣定理的信號采樣后樣本包含了信號的完整信息。

DRFM系統的組成包括：模/數和數/模轉換模塊，其中采樣頻率應滿足采樣定理條件；存儲單元，存儲模/數量化后的信號數據；串并轉換單元是把模/數轉換后的高速串行數據變為低速并行數據,以便給現場可編程門陣列(FPGA)處理；并/串轉換單元是把從存儲單元讀取的并行數據變為串行數據給數/模轉換器使用；存儲單元存儲模/數轉換后的數字信號；干擾產生單元是把從存儲單元讀取的數據經過調制產生各種需要的數據。DRFM系統組成如圖1所示。

圖1 DRFM系統組成

2.2 DRFM方式及特點

常用的DRFM方式有：全脈沖方式、示樣脈沖方式、間歇采樣方式和慢刷新率方式。全脈沖方式是對輸入的整個脈沖信號都存儲處理，轉發的干擾信號和輸入信號幾乎完全一致；但由于存儲速度慢，很難存儲大脈寬的雷達信號。示樣脈沖方式并不完全存儲整個脈沖信號，只存儲脈沖信號的一部分，一般是從信號的脈沖前沿開始存儲，只存儲部分脈沖信號后就進行轉發，存儲速度快；但因為只存儲了部分信號，所以轉發后的信號和原信號有明顯差異。間歇采樣方式在單個脈沖內對信號進行多次間斷采樣后存儲，干擾時轉發。慢刷新率方式是一種在一個脈沖重復周期存儲數據，干擾時其余脈沖周期都可反復利用這個存儲數據的存儲方式，它存儲的數據可以重復利用，從而降低了需要處理的數據量，慢刷新率方式適用于脈間非捷變的雷達信號。

干擾機分為收發同時和收發分時2種工作模式。收發同時工作模式的干擾機反應速度快，但對天線隔離度要求較高，而提高天線收發隔離度受到多種因素的制約。因此，常見的干擾機大多采用收發分時體制模式。本文主要針對收發分時體制的干擾機進行研究。因為幾種DRFM方式的時序原理類似，而示樣脈沖方式是應用最廣泛的DRFM方式，所以這里以示樣脈沖方式為例，給出寫入和讀出的時序圖，如圖2所示。

圖2 DRFM示樣脈沖方式寫入和讀出時序

DRFM干擾與雷達脈沖信號有相同的頻率、幅度和相位信息，是一種相干干擾，DRFM干擾頻率恢復精度高，能夠精確到Hz量級，隨著技術的發展，DRFM反應時間也越來越快，能達到百ns級。同時DRFM能產生多樣化的干擾樣式，可以實現距離波門拖引干擾、速度波門拖引干擾、單個目標的距離假目標干擾以及多個假目標干擾等，還能產生靈巧干擾樣式等。

因此，DRFM干擾已經成為對抗雷達特別是相參雷達的重要方法，是雷達有源干擾的重要組成。

3 復雜波形雷達抗DRFM示樣脈沖存儲干擾

雷達面對DRFM技術的日益進步和發展，需要不斷提高自身的抗干擾能力來面對日益嚴峻的電磁干擾形式。復雜雷達波形即一種有效的對抗DRFM干擾的雷達波形設計方法。復雜雷達波形設計是設計具有較大瞬時帶寬特點的雷達信號，這種雷達信號可在脈內進行調制或組合，它的一個脈寬可以分成多個子脈沖，每個子脈沖采用一種編碼方式，每種編碼方式對應一種調制方式，可以是線性調頻信號、二相巴克碼信號或四相編碼信號等，而且每種信號形式可以通過調整參數而變化[4]，如圖3所示。

圖3 復雜波形脈沖信號

如果雷達發射信號采用圖3的樣式，則在雷達接收端可通過多種接收模式選擇需要的子脈沖，對應也可以設置1路或多路需要的匹配濾波器，這樣可以極大地增大雷達干擾的難度和復雜度。同時，對于雷達發射脈沖是脈內頻率編碼信號，且頻率調制范圍足夠大的情況，偵察接收機需要匹配相應的帶寬才能偵察到雷達發射脈沖內的所有頻率的信號。如果脈內編碼頻率超出偵察接收機的帶寬，則偵察接收機無法完全偵察到雷達發射脈沖內的所有信息，這樣雷達便不容易被干擾，更容易探測到真實目標。

4 接收信號模型及匹配濾波器設計

假設雷達的單個發射脈沖重復周期包含2個子脈沖信號，分別為x1(t)和x2(t)，在雷達接收端通過設置匹配濾波器獲得有用信號來進行脈沖壓縮以便消除干擾。一般情況下,干擾機為了截獲雷達脈沖信號并快速處理后轉發，通常不會存儲轉發整個雷達脈沖信號，只會采用存儲轉發部分信號的示樣脈沖存儲干擾方式，一般是從脈沖信號的上升沿開始存儲[5]。

通過以上分析可知，干擾脈沖信號的表達式為：

(1)

忽略噪聲影響，以簡化推導過程，則接收信號可表示為：

(2)

接收端匹配濾波器為：

(3)

雷達接收信號經匹配濾波器后輸出：

(4)

式中：前面項為真實目標回波經過匹配濾波器后的輸出結果；后面項為干擾相關項的匹配濾波輸出結果。

因為每一個子脈沖采用一種編碼方式，而每種編碼方式對應一種信號模式，從而導致干擾項未能匹配而被抑制，所以能有效屏蔽干擾，提升雷達對真實目標的發現概率。

5 仿真及性能分析

設雷達發射信號參數為:每個脈沖重復周期包含2個子脈沖，信號帶寬為 20 MHz，脈沖寬度為60 μs，起始頻率為100 MHz，脈沖重復周期為350 μs。第1個子脈沖的脈沖信號采用正斜率的線性調頻信號，第2個子脈沖的脈沖信號采用負斜率的線性調頻信號。假設在 10 km處有一個真實目標，干擾機采用收發分時體制的DRFM示樣脈沖存儲方式。從脈沖上升沿開始存儲，存儲時寬30 μs，分別在延遲40 μs，80 μs，120 μs，160 μs產生4 個假目標。第2個子脈沖經過匹配濾波器的輸出如圖4所示。

圖4 復雜波形抗DRFM示樣脈沖存儲干擾后匹配濾波輸出

由圖4可知，假如雷達發射脈沖為每個脈寬內包含2個不同信號形式的子脈沖，示樣脈沖方式只把部分截獲的雷達信號進行存儲轉發，并且一般是從脈沖前沿開始存儲轉發；因此，雷達可以通過第2個脈沖信號來正確探測目標，而第1個脈沖信號則被抑制。

6 結束語

因為DRFM干擾對雷達系統有較強的干擾性，本文對收發分時體制的DRFM干擾機提出了一種復雜雷達波形信號發射樣式，此樣式能有效對抗DRFM示樣脈沖干擾。本文雖然只對兩脈沖線性調頻信號的雷達發射信號進行了研究，但可以通過靈活設計發射脈沖信號(比如脈沖數目大于2個的多脈沖信號，每個脈沖采用不同的調制形式)，接收時也可靈活選擇接收脈沖，加大了對抗難度，提高了雷達發現目標的能力，是雷達對抗DRFM示樣干擾的有效方法。