一種基于DRFM的距離波門拖曳干擾方法仿真研究

羅 應

(中國船舶集團有限公司第七二三研究所,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

目前,新體制的多功能雷達一般都采用了多種綜合抗干擾技術,尤其是采用了脈內或脈間相參的發射信號波形,從而使與雷達發射波形不匹配的干擾信號不能得到匹配濾波處理的增益,明顯降低了傳統方法壓制或者欺騙干擾的干擾效果[1],對當前雷達干擾新技術的研究與實現提出了嚴峻挑戰。

數字射頻存儲技術(DRFM)是20世紀70年代開始發展起來的新技術[2],其可以截獲并能夠存儲不同類型的雷達波形信號信息,甚至可以對截獲的原始雷達信號進行非常精準的復制。由于其優良的性能加之近年硬件水平的不斷提高,DRFM技術得到飛速發展。雷達干擾機對截獲的雷達信號波形進行轉發或進行一定的時頻調制處理就可以實現對目標雷達的干擾?；贒RFM的干擾技術不僅能夠對非相參體制的常規單脈沖雷達產生理想的干擾效果,并且可以產生與目標雷達信號相參的干擾信號,對脈沖多普勒和脈沖壓縮等相參體制的雷達產生較好的干擾。干擾信號與目標雷達信號具有相參性,干擾信號同時可獲得目標雷達的相參增益,大大減小了干擾機的功率。依托高速數字器件的快速發展, 越來越多的偵察干擾機系統的干擾產生部件開始以DRFM技術為核心進行干擾機軟硬件設計。線性調頻(LFM)脈壓雷達時間和多普勒頻率存在強耦合性,采用移頻干擾技術可實現欺騙干擾[3-4]。因此,基于DRFM技術干擾策略研究與硬件工程實現都具有重要的意義。

應用于干擾領域的DRFM技術是將截獲的目標雷達發射的模擬射頻信號下變頻處理后,進行模/數(A/D)采樣處理,將模擬信號量化為數字信號并存儲在存儲器里。根據需要再從存儲器中將數據讀出并轉換處理成模擬信號輸出使用。DRFM系統主要由模擬下變頻、A/D變換、數據存儲、數/模(D/A)變換及數據恢復、模擬上變頻和控制系統等部分組成[5]。

DRFM系統的主要工作過程為:偵察系統對目標雷達信號進行偵收,將接收到的小功率目標雷達發射射頻信號與本振進行混頻、濾波處理,下變頻到中頻或者基帶。下變頻后的信號進入數模轉換器進行A/D變換形成一定位數的量化信號,將量化信號存儲到存儲器中。

DRFM系統脈沖的寫入方式可分為全脈沖寫入和式樣脈沖寫入2種方式。根據寫入讀出方式可產生全脈沖轉發干擾、式樣脈沖轉發干擾,式樣脈沖轉發干擾包含前沿截取轉發、部分截取轉發、間歇采樣轉發等多種樣式的干擾模式。全脈沖轉發干擾在脈內只能產生滯后于目標的欺騙干擾,式樣脈沖轉發干擾增加移頻后在脈內可產生超前目標或滯后目標的干擾。

1 基于DRFM的距離欺騙拖曳干擾方法

線性調頻脈沖信號具有強的相干性,其時間和頻率間的相關性使其具有大時寬帶寬積特性,不但解決了雷達威力與距離分辨力之間的矛盾,并且使和雷達的發射信號波形不匹配的一些雜波或干擾信號得不到相應的匹配處理增益,從而有效提高了雷達自身的抗干擾性能。但線性調頻信號脈內相干性使其在距離-多普勒頻移之間存在較強耦合性,會因多普勒頻移的視在漂移而產生相應的測距誤差。在截取的轉發信號上疊加一個適當的多普勒速度頻移量,便可使雷達產生一個領先或滯后于匹配目標的虛假目標干擾。

隨著DRFM技術的不斷成熟和應用,移頻干擾可借助DRFM技術來實現,其實現原理如圖1所示。首先DRFM系統對截獲的敵方雷達射頻微波信號進行處理并存儲,對雷達進行干擾時DRFM系統復制出原雷達射頻信號,在進行上變頻處理時給上變頻的本振信號調制1個合適的頻移量,以產生對雷達的移頻干擾信號。

圖1 基于DRFM的移頻干擾系統組成示意圖

線性調頻信號復數表達式為:

(1)

對線性調頻信號增加ζ的頻移量后,移頻干擾可表示為:

(2)

經過雷達系統的匹配濾波系統,輸出信號為[5]:

(3)

上式表明經調制的移頻干擾信號在經過目標雷達匹配濾波網絡系統后的輸出為中心頻率為f0+B/2+ζ/2的單頻振蕩信號,其包絡為:

(4)

采用全脈沖轉發加固定移頻量生成欺騙干擾信號時,如進行脈內干擾,在雷達處理后干擾信號始終滯后于目標信號,且欺騙距離相對目標距離為固定值,很容易被雷達識別,進行抗干擾消除。

本文在脈內采用式樣式轉發調制干擾,即存儲部分雷達發射信號進行移頻調制后實施干擾,此時可產生導前目標的欺騙干擾亦可產生滯后目標的欺騙干擾。不增加移頻量時假目標滯后于真實目標,增加一定的正移頻量時假目標可導前于目標,增加一定的負移頻量時假目標更加滯后于真實目標。

在多脈沖間采取變移頻量的距離拖曳干擾方式。進行距離前拖曳干擾時,初始脈沖移頻量從零開始正向增加,隨著移頻量的不斷增加,假目標逐漸靠近真實目標。當假目標與真實目標交匯時,增加干擾功率,繼續增加正移頻量,將雷達跟蹤的目標進行距離前拖曳,達到前拖曳干擾的目的。進行距離后拖曳干擾時,初始脈沖可先增加一定量的正頻移量,逐步減小移頻量,達到后拖曳干擾的目的。在脈間采取正弦調制增量方式,頻移量增加可選擇正弦函數的0°～90°區間進行調制,頻移量減小可選擇正弦函數90°～270°區間進行調制。

頻移量變化的關鍵是做到隱秘,對雷達可識別性弱。在脈間變頻移量實施干擾時,每個脈沖的頻移量疊加1個隨機值?；贒RFM的距離拖曳干擾系統原理如圖2所示。

圖2 基于DRFM的距離拖曳干擾系統原理示意圖

式樣式欺騙干擾信號模型如圖3所示,其中n為設計的干擾脈沖數,即持續干擾時間。

圖3 欺騙干擾信號模型

首先偵察雷達信號,根據系統命令DRFM系統開始工作。DRFM系統截取部分雷達脈沖信號,時寬為T、帶寬為B。對信號進行存儲調制,設置初始移頻量f0。選擇脈間拖曳策略,如向前拖曳,生成正弦調制加隨機噪聲的二次調頻量;如向后拖曳,生成余弦調制加隨機噪聲的二次調頻量。經上變頻調制后產生射頻干擾定向向空間輻射。拖曳式干擾生成流程圖如圖4所示。

圖4 拖曳干擾生成流程示意圖

在導前目標干擾時,在目標前產生欺騙干擾,移頻量逐脈沖增加,并向靠近目標雷達方向進行距離拖曳;在滯后目標干擾時,移頻量逐脈沖減小,在目標后產生欺騙干擾,并向遠離目標雷達方向進行距離拖曳。當頻移量增大到一定值時干擾自動消失。

2 仿真驗證及分析

仿真參數設置:雷達信號帶寬40 MHz;雷達信號時寬30 μs;雷達信號重復周期150 μs;采樣率80 MHz;噪聲功率-15 dB;雷達信號功率0 dB;截取信號時寬15 μs;轉發延時0.1 μs;初始頻移10 MHz;干擾調制功率15 dB;拖曳方式包括前拖、后拖。

仿真結果如圖5～圖9所示,由仿真結果可見,本方法產生了前拖曳和后拖曳干擾,能對線性調頻信號雷達脈壓產生較好的干擾效果。本方法截取雷達發射信號的一部分,既可產生導前干擾,也可產生滯后干擾,在脈間增加隨機移頻量后干擾隱蔽性更高,使雷達系統更難識別出移頻干擾。

圖6 前拖無隨機增量64脈沖脈壓結果

圖7 前拖有隨機增量64脈沖脈壓結果

圖8 后拖無隨機增量64脈沖脈壓結果

圖9 后拖有隨機增量64脈沖脈壓結果

3 結束語

本文提出一種基于DRFM技術的脈間按一定特征變移頻量的移頻干擾方法。根據實際戰術需要,可在多脈沖間按正余弦函數曲線特征產生向前拖曳或者向后拖曳的欺騙干擾。同時在脈間的移頻增量中疊加隨機量,使雷達更難識別欺騙干擾。通過仿真分析表明,本方法產生的干擾效果與預期效果一致。