一種LFM雷達間歇非均勻采樣噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法

張家運，李文海，孫偉超，王洪春

(海軍航空大學(xué)，山東 煙臺 264001)

0 引 言

線性調(diào)頻信號(LFM)作為目前脈沖壓縮雷達采用的一種典型的信號波形，具備脈沖窄、帶寬大的特點，結(jié)合脈沖壓縮技術(shù)，可以解決探測距離與分辨率的矛盾，有效提高現(xiàn)代雷達目標(biāo)探測能力[1]。針對LFM雷達的干擾問題，直接采取噪聲壓制干擾難以獲得相干增益，干擾效果有限，如何有效干擾脈沖壓縮體制雷達，成為目前雷達干擾領(lǐng)域的重要課題。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾作為目前一種新型的干擾樣式，干擾方通過間歇收發(fā)的方式，對目標(biāo)雷達信號切片采樣存儲并進行轉(zhuǎn)發(fā)，形成的干擾信號不僅能夠獲得目標(biāo)雷達的相干處理增益，還可以有效解決收發(fā)隔離的問題[2]，是目前干擾領(lǐng)域的一個重要研究方向。

目前針對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾已經(jīng)展開了許多研究，文獻[3]～[6]分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)對干擾效果的影響。文獻[7]從恒虛警的角度，圍繞間歇采樣非重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)進行定量分析，給出多假目標(biāo)干擾的參數(shù)計算方法。文獻[8]～[12]通過采用對采樣信號進行多普勒頻移調(diào)制的方法，改變假目標(biāo)的分布，提高了干擾的作用效果，但這種方式需要對移頻量控制具有較高要求。文獻[13]采用非均勻采樣,降低了多假目標(biāo)分布均勻與次假目標(biāo)衰減快的特征，提升了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效能。文獻[14]從智能優(yōu)化的角度對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾進行優(yōu)化，提升了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效能，但這種方法有較高的時間復(fù)雜度，實時性很難得到保證。

本文在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理基礎(chǔ)上，提出一種基于噪聲信號調(diào)制的間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)的干擾方法。其關(guān)鍵之處在于利用非均勻采樣的特性與噪聲信號在頻譜上的連續(xù)性，能夠有效降低直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾疊加后的假目標(biāo)群分布規(guī)律性，形成幅值均勻分布的假目標(biāo)群，實現(xiàn)對LFM雷達距離-速度二維壓制性干擾，提高干擾的作用效能。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)基本原理

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是基于數(shù)字射頻存儲(DRFM)技術(shù)的一種干擾樣式，通過在截獲的雷達脈沖持續(xù)時間內(nèi)，對LFM脈沖信號進行多段均勻采樣存儲后轉(zhuǎn)發(fā)形成的干擾[15]，干擾原理圖如圖1所示。

圖1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

(1)

式中：τ為采樣脈沖寬度；Ts為間歇采樣脈沖重復(fù)周期。

因此，干擾機截獲雷達脈沖信號后，對其進行間歇采樣，得到的干擾信號可以表示為[9]：

j(t)=s(t)p(t)=

(2)

式中：p(t)為采樣脈沖信號；j(t)為轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號；fs=1/Ts。

干擾信號經(jīng)匹配濾波后的輸出為：

(3)

由式(3)可以看出，當(dāng)干擾信號進入目標(biāo)接收機后，生成的假目標(biāo)分量由兩部分組成，式中第1項為主假目標(biāo)，第2項為次假目標(biāo)群，次假目標(biāo)群可以視為將真實目標(biāo)回波信號頻譜搬移到p(t)的各次諧波處并加權(quán)。干擾方可以通過增大發(fā)射功率，提高假目標(biāo)干擾的幅度，使雷達無法從假目標(biāo)群中判斷出真正的回波信號，實現(xiàn)密集假目標(biāo)干擾的效果。

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾不需要目標(biāo)信號的脈內(nèi)信息，能夠在真實目標(biāo)周圍形成多個假目標(biāo)，但產(chǎn)生的假目標(biāo)群在幅值-時間分布上呈對稱形式，幅值由中心向兩側(cè)遞減，具有很強的規(guī)律性，容易被敵方雷達識別，降低干擾的效果[16]。

2 間歇非均勻采樣噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的基礎(chǔ)上，改變間歇采樣寬度，使采樣時間長度由隨機序列確定，并結(jié)合離線噪聲信號乘積調(diào)制，降低干擾信號經(jīng)過匹配濾波后假目標(biāo)幅值變化的規(guī)律性。假設(shè)噪聲信號為n(t)，噪聲單邊帶寬為Bn，根據(jù)隨機過程理論，噪聲信號可以看成在噪聲帶寬內(nèi)的無數(shù)單一頻率信號合成，則噪聲干擾信號建模為[8]：

排練廳頓時安靜了下來。王爺將廳內(nèi)其他的燈都熄滅，只留低臺上端的那盞燈亮著，一個人坐在那里。黑夜幽深，那燈光打在他身上，就像舞臺上一束追燈，將他整個人塑成了一尊雕塑。那雕塑，他有一張蒼老而固執(zhí)的臉，時光的痕跡在其上游弋起伏，有柔軟有凌厲。那雕塑，他與手中的木偶持久地對視著，彼此的目光里充滿了深情，卻無不讓人感受到一種歷經(jīng)百世的安詳和寧靜。

(4)

根據(jù)間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的特點，無法直接對采樣脈沖序列進行級數(shù)展開。為方便討論干擾信號匹配濾波后的信號模型，首先分析單次非均勻采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓結(jié)果[15]。假設(shè)第k次采樣脈寬為τk，對應(yīng)脈寬內(nèi)的噪聲調(diào)制單邊帶寬為Bk，則可得：

(5)

(6)

式中：nk(t)表示第k次采樣脈寬內(nèi)的噪聲信號表達式；Tk為采樣脈沖時刻；Jk(t)為第k次采樣脈沖對應(yīng)的干擾信號片段，Jk(t)的脈壓結(jié)果推導(dǎo)為：

yJk(t)=h(t)*Jk(t)=

(7)

yJk(t)=h(t)*

(8)

當(dāng)T>>τk時，可近似求解式(8)得：

(9)

式(9)為單次非均勻采樣噪聲調(diào)制干擾的脈壓結(jié)果，在雷達脈沖信號持續(xù)時間內(nèi)，設(shè)采樣次數(shù)為N，則干擾信號的總脈壓結(jié)果為：

(10)

yJ(t)=

(11)

基于式(11)推導(dǎo)結(jié)果，假目標(biāo)在距離上峰值為τk，對應(yīng)峰值時刻為：

ti=fi/μ

(12)

經(jīng)上述分析，非均勻采樣信號經(jīng)過噪聲乘積調(diào)制形成的干擾轉(zhuǎn)發(fā)信號在經(jīng)過脈沖壓縮處理后，產(chǎn)生的干擾效果由采樣脈寬與噪聲調(diào)制信號共同決定。一方面，在距離維度上可以產(chǎn)生大量假目標(biāo)分量，假目標(biāo)區(qū)域大小受到噪聲帶寬與目標(biāo)信號的調(diào)頻斜率的共同影響，與噪聲帶寬成正比，與調(diào)頻斜率成反比；另一方面，干擾信號匹配濾波后輸出的信號移頻項中存在噪聲信號調(diào)制帶來的偏移，可以干擾雷達對目標(biāo)多普勒信息的提取，從而在距離-速度維度上實現(xiàn)干擾。

通過上述的干擾建模分析可知，相比較于間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾具有較強的規(guī)律性，間歇非均勻采樣噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以利用非均勻采樣的特性，形成非規(guī)律分布的假目標(biāo)群，并結(jié)合噪聲信號的隨機性，在距離和速度上產(chǎn)生壓制性干擾效果，提高干擾的作用效果。

3 仿真驗證

3.1 干擾效能驗證

本節(jié)基于LFM雷達信號處理流程，對干擾前后的信號處理結(jié)果以及不同方法之間的干擾效果對比展開仿真實驗，驗證本文方法的有效性。

設(shè)置仿真參數(shù)：探測雷達信號中心頻率f=1 GHz，信號帶寬B=10 MHz，信號脈沖寬度τ=20 μs，脈沖重復(fù)頻率fp=2 kHz，非相干脈沖積累個數(shù)N=32，仿真采樣頻率為100 MHz，干信比大小設(shè)置為20 dB，目標(biāo)干擾機徑向距離50 km，徑向速度60 m/s，圖2是無干擾條件下探測雷達探測目標(biāo)的仿真結(jié)果。

圖2 無干擾條件下雷達探測的仿真結(jié)果

由圖2可以看出，目標(biāo)回波信號經(jīng)過匹配濾波處理之后，在目標(biāo)真實位置形成峰值，對多個回波脈沖信號進行動目標(biāo)檢測(MTD)處理后，進一步得到目標(biāo)距離與速度信息。

當(dāng)干擾機采用間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾時，設(shè)置切片時寬τ=2 μs，不考慮轉(zhuǎn)發(fā)時延，仿真結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，干擾機實施干擾后，干擾信號脈壓后在真實目標(biāo)周圍形成了一群對稱分布的假目標(biāo)，假目標(biāo)信號幅值由中心向兩側(cè)遞減，經(jīng)過MTD處理后，假目標(biāo)特性更加明顯，易被雷達所識別。

圖3 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真結(jié)果

當(dāng)干擾機采用本文方法，設(shè)置干擾噪聲帶寬B=5 MHz，干擾仿真結(jié)果如圖4所示?；夭ㄐ盘柦?jīng)過匹配濾波處理后，目標(biāo)被脈壓后的密集假目標(biāo)壓制，形成壓制性干擾區(qū)間，目標(biāo)的真實位置信息隱藏在密集虛假目標(biāo)中，增大了雷達判斷目標(biāo)徑向距離的難度。經(jīng)過MTD處理后，由于受到噪聲調(diào)制的影響，回波信號的相位信息被破壞，在距離-多普勒維度上形成“干擾條帶”。

圖4 本文干擾方法仿真結(jié)果

對比圖3與圖4仿真結(jié)果，相比間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾而言，間歇非均勻采樣噪聲乘積調(diào)制干擾方法產(chǎn)生的假目標(biāo)峰值低于直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾，這是由于采樣信號經(jīng)過噪聲調(diào)制后，干擾信號的失配代價增大，從而在距離上形成更廣的壓制性區(qū)間。

綜上分析，間歇非均勻采樣噪聲乘積調(diào)制干擾通過利用噪聲信號在頻譜上的連續(xù)性，使得干擾信號在經(jīng)過匹配濾波后產(chǎn)生壓制性干擾區(qū)間，解決了間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓后產(chǎn)生的假目標(biāo)分布在距離維度上存在的明顯規(guī)律性的問題，驗證了本文干擾方法的有效性。

3.2 不同噪聲帶寬對干擾效果影響

為了進一步分析不同噪聲帶寬下對干擾效果的影響，保持3.1節(jié)參數(shù)不變，分別設(shè)置噪聲調(diào)制帶寬Bn為2 MHz和6 MHz，對不同噪聲帶寬條件下的距離壓制區(qū)間進行了對比仿真。

通過對比圖5、圖6可知，當(dāng)干擾機改變噪聲調(diào)制帶寬，干擾脈壓后產(chǎn)生距離壓制區(qū)間隨之發(fā)生改變。根據(jù)式(13)推導(dǎo)，在噪聲調(diào)制帶寬為2 MHz和6 MHz時，對應(yīng)距離維假目標(biāo)干擾壓制區(qū)間分別為1.2 km和3.6 km，對比仿真結(jié)果，干擾仿真壓制區(qū)間與理論值基本相符，驗證了距離壓制區(qū)間與噪聲調(diào)制帶寬的關(guān)系。因此，可以通過設(shè)置噪聲帶寬Bn實現(xiàn)間歇非均勻采樣噪聲轉(zhuǎn)發(fā)干擾的壓制性區(qū)間的改變，使該方法具有一定的靈活性。

圖5 Bn=2 MHz干擾仿真結(jié)果

圖6 Bn=6 MHz干擾仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

本文通過對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾進行研究分析，提出了基于噪聲乘積調(diào)制間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的方法。通過非均勻采樣與離線噪聲調(diào)制的方式，使得干擾信號脈壓后形成較大壓制性范圍，在距離-速度二維處理結(jié)果中形成“干擾條帶”，增大了探測雷達的目標(biāo)檢測的難度，對提高干擾機的干擾效能具有一定的理論參考價值。