基于瞬時相關調頻諧波時序檢測的偽碼與線性調頻復合調制探測器抗掃頻干擾方法

中國信息通信研究院西部分院無線技術與管理業(yè)務部 程思備 駱 驍

為提高偽碼與線性調頻復合調制探測器(以下簡稱復合調制探測器)抗掃頻干擾能力，分析了復合調制探測器針對掃頻干擾的失效機理，提出了基于瞬時相關調頻諧波時序檢測的復合調制探測器抗掃頻干擾方法；復合調制中頻信號同預定延時偽碼作瞬時相關后，利用目標距離信息同調頻諧波對應關系，綜合多次諧波時序信息提高探測器抗掃頻干擾性能，并通過仿真和實測驗證了抗干擾方法的可行性；仿真及實測結果表明，基于瞬時相關調頻諧波時序檢測的抗掃頻干擾方法能夠有效提高復合調制探測器的抗干擾性能。

偽碼與線性調頻復合調制探測器（以下簡稱復合調制探測器）兼?zhèn)湔{頻信號大帶寬特性和調相信號低截獲性能，逐漸被廣泛應用在飛機高度表、無線電引信、低空探測雷達等領域。但隨著電磁環(huán)境日益復雜及電子對抗技術發(fā)展，有源欺騙式干擾對復合調制探測器的生存環(huán)境造成嚴重威脅。其中“掃頻式”干擾采用“快速掃描”的干擾策略，通過干擾信號載頻全頻段覆蓋，同時具備了“壓制式”干擾以及“瞄準式”干擾的干擾效果，被廣泛應用在無線電干擾。

為提高復合調制探測器的抗干擾性能，相關學者從發(fā)射信號波形優(yōu)化、碼元優(yōu)化及抗干擾方法設計等反面做了大量研究。晏祺等人利用模糊函數(shù)研究了復合調制信號距離分辨力、多普勒容限性、模糊函數(shù)切面等固有特性，并從發(fā)射波形參數(shù)優(yōu)化角度提高復合調制引信抗干擾性能。Heidari-Bateni等人設計了多種混沌碼優(yōu)化算法，通過優(yōu)化混沌碼性能，提高復合調制探測器的抗干擾性能。喬彩霞等人設計了瞬時相關諧波解調串聯(lián)的定距算法實現(xiàn)復合調制探測器的精確測距。

為提高偽碼與線性調頻復合調制探測器抗掃頻干擾能力，本文分析了復合調制探測器針對掃頻干擾的失效機理，并針對干擾作用下探測器的響應特性，提出了基于瞬時相關調頻諧波時序檢測的復合調制探測器抗掃頻干擾方法；復合調制探測器輸出復合調制中頻信號后，首先同預定延時偽碼作瞬時相關后，然后利用目標距離信息同調頻諧波對應關系，綜合多次諧波時序信息提高探測器抗掃頻干擾性能，最后通過仿真和實測驗證了抗干擾方法的可行性。仿真及實測結果表明，本文所提出的利用瞬時相關對調頻諧波進行時許檢測的抗掃頻干擾方法能夠有效提高復合調制探測器的抗掃頻干擾能力。

1 復合調制探測器針對掃頻干擾的失效機理

假設探測器在受到干擾作用時，接受到的信號僅存在掃頻干擾信號，則干擾作用下探測器接收到的信號可表示為：

分析掃頻干擾作用下復合調制探測器輸出的多普勒信號，多普勒信號與干擾信號頻率一致，多普勒信號包絡與干擾瞬時相關信號m0次諧波包絡一致。若干擾信號能量足夠大且干擾調制頻率進入多普勒頻帶范圍時，探測器就會被干擾，提前輸出起爆控制信號，掃頻干擾作用效果如圖1所示。

圖1 掃頻干擾作用下復合調制探測器的輸出

2 基于瞬時相關諧波時序檢測的抗干擾方法

2.1 復合調制探測器調頻諧波時序特征

經(jīng)過前述分析，瞬時相關輸出信號經(jīng)帶通濾波所得各次諧波可表示為：

分析式(8)，復合調制瞬時相關信號各次諧波包絡由混沌碼相關包絡和調頻諧波包絡共同確定，可以理解為混沌碼自相關函數(shù)對調頻諧波信號時域加窗處理。理想情況下，混沌碼自相關函數(shù)在時域為圖釘形，復合調制瞬時相關信號各次諧波幅值并不相同，次諧波能量最大，隨著諧波次數(shù)增加或者降低，各次諧波幅值線性降低。但實際信號處理時，需要將連續(xù)信號離散采樣，對復合調制中頻信號采樣會造成回波時延離散化，從而使混沌碼自相關函數(shù)離散化。若采樣間隔Ts=Tc/ n，則采樣間隔同混沌碼自相關函數(shù)關系如圖2所示。從圖2可知，采樣導致混沌碼自相關函數(shù)呈現(xiàn)階梯狀，采樣間隔滿足Ts=Tc時，混沌碼相關函數(shù)在時域上表現(xiàn)為中心位置為τ0，寬度為Tc的門函數(shù)。此時式(8)可以簡化為：

圖2 混沌碼自相關函數(shù)同采樣間隔的關系

從式(9)可知，受混沌碼相關函數(shù)的影響，瞬時相關輸出信號位于門函數(shù)內的諧波包絡由調頻諧波包絡確定，而位于門函數(shù)外的諧波包絡幅值為零，瞬時相關輸出信號需要選擇位于相關窗內的諧波次數(shù)進行時序檢測，相關窗內諧波次數(shù)滿足：

式中，int表示取整。從上述分析可知，雙通道諧波時序算法需要探測器滿足兩個約束條件，首先探測器采樣間隔需滿足Ts=Tc，從而保證門函數(shù)內各次諧波包絡僅受到調頻諧波包絡確定；其次，探測器調制頻偏同碼元寬度滿足BTc> 2，從而保證相關窗內存在兩次以上的諧波。

2.2 復合調制探測器瞬時相關諧波時序檢測算法原理

復合調制探測器瞬時相關諧波時序檢測抗干擾方法原理如圖3所示，同瞬時相關諧波解調串聯(lián)定距算法相比，該方法在原有諧波通道上基礎上增加了第(M + n) fm次諧波通道，(M + n) fm諧波經(jīng)二次混頻、包絡檢波后在進行下降沿檢測。當目標逐漸靠近探測器時，(M + n) fm諧波先達到最大值并出現(xiàn)下降沿，探測器檢測到(M + n) fm諧波下降沿后輸出高電平。隨著目標進一步靠近探測器，n fm次諧波幅值逐漸開始上升并達到最大值，當n fm次諧波幅值大于判決門限時探測器輸出高電平，只有探測器同時獲得兩個高電平時，才輸出目標的距離信息。基于瞬時相關諧波時序檢測算法充分利用了目標距離信息同瞬時相關輸出信號各次諧波時序信息的對應關系，通過檢測(M + n) fm諧波下降沿和n fm次諧波的幅值提高探測器的抗干擾性能。

圖3 瞬時相關雙通道諧波時序算法定距原理

3 仿真及實測結果

3.1 算法抗干擾性能仿真驗證

采用matlab仿真驗證瞬時相關諧波時序檢測算法的抗干擾性能，仿真參數(shù)設置如表1。探測器調制頻偏B=100MHz，碼元寬度Tc=50ns，探測器預設距離6m，此時混沌碼預定延時τ0=40ns，第1～4次諧波位于混沌碼相關門函數(shù)內，而其他次諧波位于混沌碼相關門函數(shù)外。

表1 仿真參數(shù)

復合調制瞬時相關信號第1～4次諧波以及第6次諧波仿真結果如圖4所示。從仿真結果可以看出，第1～4次諧波位于門函數(shù)內，因此各次諧波包絡基本一致，幅值大小相同，但諧波峰值對應著不同的彈目距離，4次諧波峰值出現(xiàn)在6m位置，3次諧波峰值出現(xiàn)在4.5m位置，2次諧波峰值出現(xiàn)在3m位置，1次諧波峰值出現(xiàn)在1.5m位置；而第6次諧波則位于相關窗外，諧波幅值接近于零。根據(jù)上述分析，可以選擇第2次諧波作門限判決完成定距，第4次諧波作下降沿檢測提高抗干擾性能。當探測器同時檢測到第4次諧波包絡下降沿以及第2次諧波峰值后輸出目標距離信號。

圖4 復合調制探測器各次諧波仿真結果

3.2 算法抗干擾性能試驗驗證

在微波暗室條件下測試瞬時相關諧波時序檢測算法的抗干擾性能，測試場景如圖5所示。測試定距性能時，模擬目標為RCS=1m2的金屬板，從距離探測器10m處以1m/s的速度向探測器移動。測試抗干擾性能時干擾機放置在探測器正前方10m位置處，干擾機輻射功率30dBm，干擾波形采用正弦波調幅掃頻等波形樣式，掃頻帶寬覆蓋探測器工作帶寬。

圖5 抗干擾性能測試場景

在目標以及掃頻干擾作用下，探測器輸出的2次諧波及4次諧波如圖6所示，其中圖6(a)為目標作用下探測器的輸出，圖6(b)為干擾作用下探測器的輸出。從測試結果可以看出，在目標作用下探測器輸出2次諧波及4次諧波包絡形狀一致，且4次諧波先出現(xiàn)峰值，2次諧波后出現(xiàn)峰值，4次諧波下降沿和2次諧波上升沿在時間上重合。而在干擾作用下，探測器輸出2次諧波及4次諧波均呈類噪聲信號，不再具備諧波時序信息，實測結果同仿真結果基本吻合。

圖6 探測器輸出的2、4次諧波輸出

結論：本文分析了掃頻式干擾作用下復合調制探測器的響應特性，并在瞬時相關諧波解調串聯(lián)定距算法的基礎上設計了瞬時相關雙通道諧波時序檢測抗干擾算法，該方法利用目標距離信息同調頻諧波對應關系，綜合多次諧波時序信息提高探測器抗掃頻干擾性能，并形成如下結論：

（1）目標作用下復合調制中頻信號經(jīng)瞬時相關后，各次諧波同目標距離存在對應關系。

（2）掃頻干擾作用下復合調制中頻信號經(jīng)瞬時相關后，輸出諧波為類噪聲信號，且各次諧波之間不再具備時序信息。

（3）采用瞬時相關諧波時序檢測算法能夠有效提高復合調制探測器抗干擾能力，仿真測試抗干擾成功率大于85%。