一種非均勻組合間歇采樣轉發干擾方法研究

郝萬兵 張 軍 陳 劍

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現代信息化戰爭中,電磁頻譜對抗是破敵制勝的關鍵[1]。作為重要的電磁頻譜載體,敵我雙方雷達與干擾裝備的對抗呈現日益激烈的態勢[1]。針對線性調頻雷達,干擾方常采用相干壓制、假目標欺騙等方式對雷達進行干擾,典型的干擾樣式為間歇采樣轉發干擾,具備抗雷達脈間捷變的能力,通過調整采樣時間、發射時間與多普勒頻移等參數,可達到相參壓制或者導前假目標干擾的效果[3]。

隨著技術的進步,新體制雷達的抗干擾能力逐漸提升,可通過時域、頻域、空域、能量域、極化域等多維度抗干擾措施,使得干擾信號無法進入處理接收機或者進入接收機后被識別與剔除[1]。大量的理論推導與對抗試驗表明,傳統的間歇采樣轉發干擾一般采用較規律的參數,干擾信號經雷達天線接收進入接收機,混頻后經A/D采樣,經過脈壓與MTD處理后,假目標的距離波門間隔與能量呈現一定的規律性,雷達在處理域通過對信號處理后假目標的特征進行提取與學習,識別干擾信號并剔除,消除或降低干擾方對雷達的影響[2]。為了保證干擾方對上述抗干擾措施的干擾效能,提高干擾信號的抗識別能力非常重要。本文基于傳統間歇采樣轉發干擾產生過程,在雷達信號采樣過程中,采用非均勻方法完成信號相干采集;在干擾信號生成過程中,采用組合重構的方法完成干擾波形生成。通過Matlab仿真試驗,驗證了改進方法的良好性能。

本文闡述了間歇采樣轉發干擾的產生過程,對傳統方式產生的假目標特性進行了分析。基于分析結果,從兩個方面提出了改進措施,采樣過程中基于偽隨機m序列生成各采樣片段的長度,產生過程中基于片段重排生成干擾波形。仿真實驗中,對各階段的脈壓特征做分析,總結了改進方法的假目標效果。

1 間歇采樣轉發干擾

1.1 產生原理

間歇采樣轉發干擾的處理過程:截獲到大時寬雷達信號,高保真采樣其中的一小段信號后馬上進行處理轉發,然后再采樣、處理轉發下一段,采樣轉發分時交替工作直到大時寬信號結束[4]。圖1是間歇采樣轉發干擾產生示意圖,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷達信號的時間;Ei(1≤i≤N)表示將所接收到的雷達信號轉發的時間。

圖1 間歇采樣轉發干擾產生示意圖

假設采樣時長為Tr,采樣轉發周期為Ts,那么間歇采樣包絡脈沖為

(1)

通過傅里葉變換得到間歇采樣包絡脈沖的頻譜為

(2)

威脅雷達信號為x(t),其脈寬為T,頻譜為X(f),干擾機在截獲到雷達信號后對其進行間歇采樣處理,即以p(t)與其做相乘運算,得到采樣信號為

xs(t)=p(t)x(t)

(3)

從而得到采樣信號的頻譜為

(4)

假設雷達匹配濾波函數為h(t),則干擾信號經過雷達脈壓處理后的脈沖壓縮信號為

ys(t)=xs(t)*h(t)

(5)

使用雷達模糊函數的概念分析間歇采樣轉發干擾脈沖壓縮后的特點,假設雷達發射信號x(t)的模糊函數為χ(τ,ξ),則[5]

(6)

脈沖壓縮處理后,間歇采樣轉發干擾的脈壓信號可以重新表示為

(7)

從式(7)可以看出間歇采樣轉發干擾可以使雷達產生一串在徑向距離上對稱分布的假目標回波信號,且假目標的功率由對稱中心向兩邊衰減。

相鄰假目標的脈壓距離為

(8)

功率最大假目標距離兩個相鄰的假目標的脈壓距離是正常脈壓距離的一半,為

(9)

不疊加多普勒頻移的情況下,功率最大假目標所處的脈壓距離點與真實回波信號脈壓點距離重合。

1.2 仿真分析

設置雷達參數:雷達信號為5MHz正線性調頻信號,脈沖寬度為80μs,脈沖重復周期1ms,采樣時長和轉發時長都為5μs。間歇采樣時域實部信號如圖2(a)所示,原始信號與干擾信號的頻譜圖如圖2(b)所示,脈壓結果如圖3所示。

圖2 時域圖與頻譜圖

圖3 原始信號與間歇采樣干擾脈壓結果圖

從圖2(a)中可以看出采樣方式為均勻采樣。從圖2(b)中可以看出間歇采樣干擾信號的頻譜被均勻分割,分割比例為收發次數8。從圖3中可以看出功率最大假目標所處的脈壓距離點與真實回波信號脈壓點距離重合為80μs,相鄰假目標的脈壓距離為3μs,功率最大假目標距離兩個相鄰的假目標的脈壓距離是1.5μs,與1.1節理論分析一致。

2 非均勻間歇采樣轉發干擾

2.1 產生原理

上節中對傳統間歇采樣轉發干擾的原理、產生過程及干擾效果進行了介紹,理論分析表明,假目標的脈壓結果以功率峰值所處脈壓距離點為中心向兩邊呈對稱形態衰減,具有較強的規律性,易被雷達處理端識別并剔除。因此,在傳統間歇采樣轉發干擾產生的方式基礎上,對采樣方式進行改進,本文使用基于偽隨機m序列的非均勻采樣方式,獲取雷達信號片段[5]。

非均勻間歇采樣轉發干擾的處理過程:產生一組偽隨機m序列,截獲到大時寬雷達信號,高保真采樣當前m序列對應長度的一小段信號后馬上進行處理轉發,然后再采樣、處理轉發下一段,每次采樣長度取自m序列計算結果,采樣轉發分時交替工作直到大時寬信號結束[4]。圖4為非均勻間歇采樣轉發干擾產生示意圖,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷達信號的時間;Ei(1≤i≤N)表示將所接收到的雷達信號轉發的時間。

圖4 非均勻間歇采樣轉發產生干擾示意圖

假設第i個采樣時長為Tri,采樣轉發周期為Tsi,那么非均勻間歇采樣包絡脈沖為

(10)

通過傅里葉變換得到非均勻間歇采樣包絡脈沖的頻譜為

(11)

按照上節中的方式對所截獲的雷達信進行非均勻間歇采樣處理,得到采樣信號頻譜為

(12)

脈沖壓縮處理后,間歇采樣轉發干擾的脈壓信號可以重新表示為

(13)

從式(13)可以看出非間歇采樣轉發干擾可以使雷達產生一串在徑向距離上分布隨機的假目標回波信號,假目標的功率從峰值點至兩端總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機化。

相鄰假目標的脈壓距離為

(14)

2.2 仿真分析

設置雷達參數:雷達信號為5MHz正線性調頻信號,脈沖寬度為80μs,脈沖重復周期1ms,采樣時長和轉發時長使用預設m序列值產生。非均勻間歇采樣時域實部信號如圖5(a)所示,原始信號與干擾信號的頻譜圖如圖5(b)所示,脈壓結果如圖6所示。

圖5 時域圖與頻譜圖

圖6 原始信號與非均勻間歇采樣干擾脈壓結果圖

從圖5(a)中可以看出采樣方式為非均勻采樣。從圖5(b)中可以看出非均勻間歇采樣所生成干擾信號相較雷達信號在頻譜上被非均勻分割,各片段對應頻譜間距與幅度均不同。從圖6中可以看出假目標的功率從峰值點至兩端總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機化,與2.1節理論分析一致。

3 非均勻組合間歇采樣轉發干擾

3.1 產生原理

上節中對非均勻間歇采樣轉發干擾的原理、產生過程及干擾效果進行了介紹,理論分析表明,假目標的脈壓結果以功率峰值所處脈壓距離點為中心總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機化,脈壓結果的規律性大幅降低。本文在上節基礎上,轉發干擾時,對隨機采樣后的片段重新排序組合,重構后發射干擾波形,進一步降低干擾信號脈壓結果的規律性,同時擴大前置假目標的前置距離[6]。

非均勻組合間歇采樣轉發干擾的處理過程:產生一組偽隨機m序列,截獲到大時寬雷達信號,按照m序列對應長度高保真采樣,獲取采樣片段后,重新排序組合,重構生成新的干擾波形轉發。非均勻采樣方式與2.1節相同,波形重構如圖7所示。

圖7 非均勻組合間歇采樣干擾波形重構示意圖

3.2 仿真分析

設置雷達參數:雷達信號為5MHz正線性調頻信號,脈沖寬度為80μs,脈沖重復周期1ms,采樣時長和轉發時長使用預設m序列值產生,波形重構規則為倒序重構,順序為8->7->6->5->4->3->2->1。非均勻組合間歇采樣時域實部信號如圖8(a)所示,原始信號與干擾信號的頻譜圖如圖8(b)所示,脈壓結果如圖9所示。

圖8 時域圖與頻譜圖

圖9 原始信號與非均勻組合間歇采樣干擾脈壓結果圖

從圖8(a)中可以看出采樣方式為非均勻采樣。從圖8(b)中可以看出非均勻間歇采樣所生成干擾信號相較雷達信號在頻譜上被非均勻分割,各片段對應頻譜間距與幅度均不同。從圖9中可以看出脈壓后假目標脈壓距離點分布范圍擴大,最大前置距離為15μs,且各峰值點幅度分布隨機化,干擾規律性進一步降低,且能產生較大前置距離的假目標。

4 結束語

從上述原理介紹與仿真分析表明:

1)傳統間歇采樣干擾的頻譜分割均勻、產生的假目標脈壓處理后距離點的間隔呈規律趨勢,脈壓幅度分布呈Sinc分布趨勢;

2)非均勻間歇采樣干擾頻譜分割不均勻、特征不明顯,產生的假目標脈壓處理后距離點間隔隨機化,產生的假目標導前距離較小,脈壓幅度從峰值點至兩端總體呈衰減趨勢,幅度分布隨機;

3)非均勻組合間歇采樣干擾頻譜分割不均勻、特征不明顯,產生的假目標脈壓處理后距離點間隔隨機化,可產生較大導前距離的前置假目標,脈壓幅度分布隨機。

實際對抗過程中,可根據實際對抗需要,選擇合理的m序列分布范圍、波形重組原則,防止被雷達處理端識別,并達到最佳干擾效果。

論文對傳統間歇采樣、非均勻間歇采樣、非均勻組合間歇采樣的產生原理進行了介紹,并在Matlab中仿真驗證,仿真結果與理論分析符合。實際使用過程中,如何選擇合理的m序列分布范圍、波形重組原則有待進一步研究。