基于LFM脈沖壓縮雷達的移頻干擾仿真研究

程 林，張建民，楊愛平

(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

線性調頻(LFM)脈沖壓縮技術使得雷達可以通過發射寬脈沖來滿足所需要的雷達作用距離，接收時通過脈沖壓縮的方法使得距離分辨率得以提高，這樣使得雷達作用距離與分辨率可以同時滿足要求。

由于LFM脈沖信號的脈內相干性使得其在距離——多普勒頻移之間存在強的耦合，這種耦合使得距離會伴隨著多普勒頻移的視在漂移而產生測距誤差。巧妙地利用這個特點，適時地使干擾信號疊加1個多普勒頻移量，就可以使雷達產生假目標。通過調整多普勒頻移量正負，就可以使得產生的假目標提前或滯后于匹配目標，這樣可以使得LFM脈沖壓縮雷達受到較強的干擾，甚至，相干轉發1/2的脈沖壓縮雷達信號波形也可產生較好的干擾效果[1]。

本文基于Matlab軟件建立了LFM脈沖壓縮雷達模型，并研究了移頻噪聲卷積干擾和多重移頻疊加干擾對LFM脈沖壓縮雷達的干擾效果。

1 移頻干擾的原理

LFM信號的表達式為[2]：

(1)

式中：Tp為發射波形脈寬；rect(t)是門函數；fc是載波頻率；μ是調頻斜率。

將LFM信號用模糊函數重寫為：

|χ(τ,ξ)|=

(2)

其模糊度圖如圖1所示。由此可見，在二維聯合估計時，LFM脈沖信號的時延τ與頻移ξ之間存在強耦合，只要頻率移動Δξ，則時間上也會有變化量Δτ。所以將偵收到的雷達信號頻移后轉發，就會產生欺騙干擾效果。

圖1 LFM信號的模糊度圖

隨著數字射頻存貯器(DRFM)的應用成熟，工程上移頻干擾可以用DRFM來實現，實現框圖如圖2所示[3]。

圖2 基于DRFM的移頻干擾實現框圖

移頻干擾信號可以表示為：

0≤t≤T

(3)

式中：ξ為附加的頻移。

其經過匹配濾波器后的輸出信號是一個單頻振蕩信號，其振蕩包絡為：

|yξ(t)|=

0

(4)

頻移ξ的大小決定著脈壓輸出主峰的偏移位置。當ξ=0時，在輸入脈沖結束T時刻出現主峰，在ξ≠0時，脈壓輸出主峰將偏移到t=T-ξ/μ處，ξ>0，則主峰提前，反之主峰滯后，可以看出主峰的延遲t-T和頻移ξ之間存在耦合，頻移越大，失配越大，干擾信號能量越小，則產生的假目標能量越小。

移頻量ξ既使得雷達遭受到了距離欺騙干擾，同時使得雷達匹配濾波后的單頻振蕩中心頻率發生了改變。在采用移頻干擾時，移頻量ξ不能過大或者過小，過大會被雷達測出頻移量，過小則假目標可能會成為雷達捕獲標識，所以用移頻配合其他一些手段進行組合干擾，本文采用移頻噪聲卷積與多重移頻的組合方式對LFM脈沖壓縮雷達進行干擾仿真驗證。

2 移頻干擾仿真及研究

2.1 移頻噪聲卷積干擾

噪聲卷積干擾是移頻信號與噪聲信號相卷積的干擾，此種干擾樣式同時具備噪聲壓制干擾效果以及欺騙干擾效果。本文中采用高斯噪聲與移頻信號進行卷積，高斯噪聲表達式如下：

(5)

式中：σ2為高斯噪聲信號功率；Bn為噪聲信號的調制帶寬。

仿真條件：信號幅度A=1，帶寬B=10 MHz，采樣頻率Fs=100 MHz，信號脈寬Tp=20 μs，此時產生LFM信號的時域圖與頻域圖如圖3所示。

圖3 LFM信號時域圖與頻域圖

將LFM信號移頻1 MHz，產生超前于雷達信號的欺騙干擾信號，如圖4所示。

圖4 移頻1 MHz信號

從圖4中可以得出，通過移頻產生了1個超前于雷達信號的干擾信號，但是此干擾信號面對現今的雷達技術手段，很容易被識別，起不到預期的干擾效果，所以需要進行組合干擾，產生更復雜的干擾樣式來對雷達進行干擾。

本文采用移頻信號與噪聲卷積組合的干擾樣式，將偵收到的LFM信號分別移頻1 MHz與2 MHz，與噪聲時寬4 μs的零均值高斯噪聲卷積，其仿真結果如圖5所示。

由Matlab仿真圖可以看出，移頻卷積噪聲干擾對LFM信號在產生欺騙干擾的同時具有一定的噪聲壓制干擾效果。根據LFM信號時延與移頻之間的耦合性，產生超前于信號目標回波的干擾信號，為了增強干擾效果，可以提高干信比。

2.2 多重移頻疊加干擾

在現今的雷達設計中，干擾時用單個假目標進行欺騙干擾，很容易被雷達識別，從而失去干擾效果。為此可以采用多重移頻的方法產生多個假目標，對雷達產生欺騙干擾，同時當多個假目標密集疊加在一起的時候，對雷達信號會造成噪聲干擾[4]。

圖5 移頻量1 MHz與2 MHz的移頻卷積干擾仿真圖

仿真條件：疊加脈沖個數N=20，移頻量為1 MHz，信號帶寬B=20 MHz,脈寬Tp=20 μs，如圖6所示。

圖6 20個疊加脈沖下的移頻1 MHz干擾脈壓輸出

疊加脈沖個數N=20，移頻量為-1 MHz，信號帶寬B=20 MHz，脈寬Tp=20 μs，如圖7所示。

圖7 20個疊加脈沖下的移頻-1 MHz干擾脈壓輸出

疊加脈沖數N=20，移頻量為0.1 MHz，信號帶寬B=20 MHz，脈寬Tp=20 μs，如圖8所示。

圖8 20個疊加脈沖下的移頻0.1 MHz干擾脈壓輸出

疊加脈沖數N=30，移頻量為0.1 MHz，信號帶寬B=20 MHz，脈寬Tp=20 μs，如圖9所示。

圖9 40個疊加脈沖下的移頻0.1 MHz干擾脈壓輸出

將圖9中的干擾信號與梳狀譜信號進行組合，得到的仿真結果如圖10所示。

圖10 組合干擾脈壓輸出

由Matlab仿真可以得出，多重移頻干擾可以根據移頻量ξ的正負來產生超前或者滯后的多個欺騙干擾信號，移頻量ξ既使得雷達遭受到了距離欺騙干擾，同時使得雷達匹配濾波后的單頻振蕩中心頻率發生了改變。在采用移頻干擾時，移頻量ξ不能過大或者過小，過大會被雷達測出頻移量，過小則假目標可能會成為雷達捕獲標識，所以用移頻干擾配合其他一些手段進行組合干擾，其中為了彌補移頻所帶來的干擾信號幅度下降，可以采用增大干信比或者與其他干擾方式組合來增強對雷達信號的干擾效果。本文采用的移頻與梳狀譜組合干擾對雷達信號起到了良好的干擾效果。

3 結束語

本文利用Matlab軟件研究了移頻噪聲卷積和多重移頻疊加干擾對LFM脈沖壓縮雷達的干擾效果。仿真結果表明，在移頻噪聲卷積和多重移頻疊加干擾下，LFM脈沖壓縮雷達受到了較強的干擾效果，其中移頻量的多少與所得到的干擾效果有一定的關系，在先驗條件充足的情況下可以更深入地進行研究。此方法利用DRFM可以在工程上實現，具有一定的工程實用價值。