基于微波光子技術的聯合干擾樣式的研究

李嘉琪，許 萍，宋 柯，杜 科，于祥禎

（1.上海無線電設備研究所，上海201109；2.上海機電工程研究所，上海201109）

0 引言

在高精度雷達制導中，為提高探測距離和距離分辨率，通常采用線性調頻脈沖信號。一方面，線性調頻脈沖信號具有大的時寬帶寬積，經過匹配濾波器后能夠獲得更高的相干增益；另一方面，由于其寬帶和變頻特性，采用該信號可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾的效果[1]。針對線性調頻脈沖信號，有研究者提出了一種基于卷積調制的相干干擾技術[2]，它將收到的雷達信號與已經設定好的某種基帶信號進行卷積調制后再轉發出去，形成噪聲壓制干擾，這種干擾信號可以自動對準雷達信號頻帶，與雷達信號能量在頻率分布上一樣，從而獲得雷達的處理增益，最大限度地利用干擾信號的功率。還有人提出了一種間歇采樣轉發干擾樣式[3]，在脈沖持續時間內對脈沖信號進行等間隔采樣，然后將間歇采樣得到的信號轉發出去，形成假目標欺騙干擾，該干擾信號與雷達信號具有相同的頻譜范圍和高度的相干性，適合對大時寬信號的干擾，可降低對接收機和發射機隔離度的要求。以上方法目前僅在電子學領域可以實現，甚至需要借助數字射頻存儲設備對數據進行暫存和卷積運算，對于寬帶高速數據流會大大降低干擾系統的處理效率，增加硬件成本，且數字射頻存儲器典型瞬時帶寬為1 GHz，不適用于對抗寬帶多頻威脅環境。本文提出了一種基于微波光子技術的間歇采樣轉發和噪聲卷積調制聯合干擾的實現方法，該方法可以使假目標分布不均勻，進一步擾亂雷達對真假目標的識別。該方法的所有處理過程均在微波光子模擬鏈路處理，處理速度不受信號帶寬限制，避免上下變頻帶來的相干損失；同時兼具了2種干擾方法帶來的電子對抗優勢，既能提高彈載干擾機的能量利用率，還可以形成分布雜亂的假目標群。硬件上省去了電學模數轉換及數字射頻存儲器件，避免了大量數據的存儲和處理帶來的時間損耗。

1 間歇采樣轉發干擾

干擾信號與雷達信號具有一定的相干性才能獲得雷達的處理，因此針對大時寬的線性調頻脈沖信號可以采用間歇采樣轉發干擾樣式。在該干擾樣式中，間歇采樣脈沖為一周期矩形脈沖，間歇采樣脈沖寬度為τ，間歇采樣重復周期為T s，因此采樣信號可以表示為：

則采樣脈沖信號與雷達發射信號x(t)之積為干擾信號，可以表示為：

設線性調頻信號為：

式中，K為調頻斜率。

則經過間歇采樣后，干擾信號表達式為：

設雷達信號中存在的多普勒頻率n f s，其中f s=1/T s，那么間歇采樣后的干擾信號返回雷達接收機經過匹配濾波器后總干擾輸出為：

式中，B為線性調頻信號帶寬，T為線性調頻脈沖信號持續時間。這一過程可以用圖1表示。

圖1 間歇采樣示意圖

由上述分析可知，間歇采樣形成的假目標間隔固定，這很容易被探測雷達識別，從而降低欺騙干擾的效果。同時，這種干擾樣式要依賴于數字射頻存儲器件，大大降低了寬帶高速數據流的處理效率。

2 噪聲卷積調制干擾

相對普通噪聲干擾，噪聲卷積調制干擾的信號頻譜范圍能夠與雷達發射信號的頻譜范圍一致，所以產生的干擾信號功率能夠完全被雷達接收機接收，干擾信號的頻帶于雷達信號能量在頻率分布上一樣，可以獲得雷達的處理增益，最大限度地利用干擾信號功率，因此特別適合對捷變頻雷達進行干擾。

設線性調頻脈沖信號為x(t)，表達式如式（3）所示。設n(t)為寬帶噪聲信號，它與線性調頻脈沖信號進行卷積調制，形成的噪聲卷積調制干擾為：

3 基于微波光子技術的聯合干擾原理

從以上分析可知，單獨使用間歇采樣轉發干擾容易被探測雷達識別，降低干擾效果。同時噪聲卷積調制的數字域運算過程也要消耗較長時間，對于大時寬帶寬信號會降低干擾效率。針對這個缺陷，本文提出利用微波光子技術實現間歇采樣轉發和噪聲卷積調制的聯合干擾方式，進一步提高干擾系統處理效率，減少寬帶高速數據流對數字射頻存儲及采樣設備的依賴，直接在光子模擬鏈路實現整個干擾轉發的過程。

根據上述2種干擾機理，設計了如圖2所示的微波光子干擾信號產生鏈路。

圖2 微波光子聯合干擾樣式產生鏈路

激光器產生的連續光經過調制器，在單個窄脈沖的調制下進入有源光纖環脈沖復制器[4-6]。該復制器結構由可調衰減器、可調延遲線、半導體光放大器、隔離器以及光耦合器等構成，它的主要功能是將調制在連續光上的單個極窄脈沖進行循環復制產生間隔可調的窄脈沖串，即間歇采樣脈沖。產生的窄脈沖重復周期即為間歇采樣周期T s，對應間歇采樣率f s，窄脈沖寬度為τ，可以表示為：

設輸入調制器的雷達信號為x(t)，則與間歇采樣光脈沖相互調制產生的間歇采樣干擾信號為：

產生的間歇采樣干擾信號經過擴束后進入空間光調制器。在空間光調制器中加入長度為L的隨機序列n(L)作為隨機噪聲，那么間歇采樣干擾信號經過空間光調制器后輸出為：

輸出信號經過透鏡聚焦后再進入光纖，最后通過光電探測器生成間歇采樣轉發與噪聲卷積調制的聯合干擾信號，經過放大器、天線發射出去。在該系統中，要設置同步標識，確保采樣光脈沖與進入調制器的雷達信號保持同步。

4 仿真分析

假設輸入單脈沖脈寬τ=1μs，當雷達信號輸入時，該單窄脈沖同步觸發并經過電光調制后進入有源光纖環脈沖復制器。設置可調光延遲模塊延時Δτ=2μs，調節環路中可變衰減器和光放大器，使環路增益損耗接近平衡，保證單窄脈沖能夠穩定地復制輸出采樣脈沖串，同時盡可能具有較小失真。經過復制后產生的采樣脈沖串如圖3所示。將脈寬為10μs的線性調頻脈沖信號輸入電光調制器，并與間歇采樣光脈沖進行調制，形成間歇采樣后的線性調頻信號如圖4所示。

圖3 復制產生的理想間歇采樣光脈沖

圖4 間歇采樣后的光脈沖信號

間歇采樣后的光信號經過擴束輸入道空間光調制器，將長度為100的隨機噪聲序列輸入空間光調制器，與間歇采樣光脈沖進行卷積調制，經過聚焦后送回光纖，最后通過光電探測器輸出形成聯合干擾信號。經過微波光子鏈路產生的干擾信號如圖5（c）所示，雷達接收到干擾信號并進行脈沖壓縮后如圖5（d）所示。對比無干擾時的回波脈沖信號（圖5（a）、（b））可以看出干擾信號造成了多個假目標峰值，對雷達產生了欺騙效果。

圖5 間歇采樣和噪聲卷積后的聯合干擾效果

圖6為間歇采樣與噪聲卷積聯合干擾信號頻譜。從圖6可以看出，干擾信號的頻譜依然與雷達信號頻譜范圍一致，充分利用了雷達信號的處理增益。

圖6 間歇采樣與噪聲卷積聯合干擾信號頻譜

假目標間隔Δt=f s/K與間歇采樣率和調頻斜率有關。調節光延遲線，可以改變間歇采樣周期，即改變間歇采樣率。減小間歇采樣周期至1μs，即增加間歇采樣率，產生的假目標間隔增大，如圖7、圖8所示。由于光延遲線的可調諧范圍是從皮秒至微秒級，因此能夠制造更真實的、靈活的假目標群。

圖7 間歇采樣間隔2μs，占空比0.5，干擾信號脈沖壓縮后結果

圖8 間歇采樣間隔1μs,占空比0.5，干擾信號脈沖壓縮后結果

5 結束語

在微波光子輔助的間歇采樣轉發與噪聲卷積調制的聯合干擾信號產生過程中，調節光延遲線可以靈活地改變假目標群形態，同時沒有數字射頻存儲、采樣設備的參與，避免了數字射頻存儲設備等產生的延時誤差對干擾效果的影響。從本文分析可以看出，基于微波光子技術的聯合干擾不僅融合了2種干擾的所有優點，提高了能量利用率，還為彈載可集成的寬帶干擾設備提供了技術途徑。