脈沖多普勒雷達干擾調制技術研究*

楊會軍，程啟華，蔣 姝，王建偉

(1.南京工程學院信息與通信工程學院，江蘇 南京 211167；2.南京工程學院工業中心，江蘇 南京 211167；3.泰州市工業和信息化局，江蘇 泰州 225306)

脈沖多普勒雷達(簡稱PD 雷達)是在動目標顯示雷達的基礎上發展起來的一種新體制雷達，這種雷達具有脈沖雷達的距離分辨力和連續波雷達的速度分辨力，有更強的雜波抑制能力，能夠在較強的雜波背景中分辨出動目標回波。目前PD 雷達干擾多采用噪聲干擾技術[1-3]，通過對雷達信號進行粗測頻，獲得雷達信號頻率，然后自主產生窄帶瞄準式干擾、寬帶阻塞式干擾。PD 雷達具有較強的抗干擾能力[4]，傳統的噪聲干擾不具有雷達目標的相關特征，干擾效果較差[5]。

本文提出了一種對抗脈沖多普勒雷達的干擾調制技術，該技術根據脈沖多普勒雷達的脈沖重頻特征自適應產生相應的干擾信號，能夠適應低重頻和中高重頻工作模式的脈沖多普勒雷達，干擾信號和雷達信號相干，可以獲得雷達信號的相干處理增益，具有干擾效率高、干擾有效性好等優點。

1 脈沖多普勒雷達干擾調制技術

1.1 脈沖多普勒雷達工作原理

PD 雷達工作原理框圖如圖1 所示。

圖1 PD 雷達工作原理框圖

雷達脈沖相干發射機在主頻控制下產生一列相位穩定的脈沖，雷達信號經雙工器和天線發射出去。雷達目標回波在時域上滯后于發射信號，接收信號在頻域上調制了多普勒信號。雷達接收機接收目標回波，由一組調諧到信號上的窄帶濾波器進行處理，對信號進行相干積累，提取目標距離和運動速度等信息。

PD 雷達接收到的相參脈沖串的長度是有限的，相參脈沖串信號可以表示為:

式中:N是脈沖個數；rect 是矩形脈沖調制函數；f0是信號載頻；τ是脈沖寬度；PRI 是脈沖重復周期。

式中:“*”表示卷積運算。

雷達信號s(t)對應的匹配濾波器的頻域響應為

H1(f)對應一個單脈沖的匹配濾波器響應，H2(f)實現對梳狀頻譜上的單根譜線濾波。

根據以上分析可知，PD 雷達處理的核心是一個窄帶多普勒濾波器組，不同多普勒頻率的目標回波使不同的窄帶濾波器輸出響應。目前，多普勒濾波器組多采用數字濾波器，經過雷達信號處理后的數據輸入雷達距離/速度/角度跟蹤環路，實現對目標的跟蹤。

在時域，脈沖重復周期被分成多個和發射信號帶寬相適應的距離單元；在頻域，多普勒空間也被分成多個和PD 雷達主瓣在目標上的駐留時間成反比的多普勒單元。低重頻雷達的距離波門數目最多，而高重頻雷達用的距離波門數目很少；相反，低重頻雷達用的多普勒濾波器數目很少，高重頻雷達用的多普勒濾波器數目很多。PD 雷達根據雷達信號的脈沖重頻特征[6-7]可以分為三類:低重頻、中重頻和高重頻。在低重頻條件下距離不模糊，但速度模糊，能夠在距離上分辨處于不同距離單元的目標；在高重頻條件下速度不模糊，但距離模糊，能夠在速度上分辨處于不同速度單元的目標；在中重頻條件下距離和速度都模糊，但可以在雷達駐留時間內采用多個脈沖重復頻率來解模糊。

1.2 脈沖多普勒雷達干擾調制技術

PD 雷達干擾機系統組成框圖如圖2 所示，由雷達信號接收通道、干擾控制器、數字射頻存儲器(簡稱DRFM)、干擾發射通道4 部分組成。雷達信號接收通道接收PD 雷達脈沖信號并進行下變頻、放大處理；數字射頻存儲器對接收通道輸出的模擬中頻信號進行AD 采樣，獲得雷達信號樣本；干擾控制器根據雷達信號的重頻特征自適應產生干擾信號，控制DRFM[8-9]在時域、頻域、能量域對雷達信號樣本進行復合調制，產生干擾信號樣本，干擾信號樣本經DA 變換輸出模擬中頻信號；干擾發射通道對模擬中頻信號進行上變頻、功率放大后輸出。

圖2 干擾機系統組成框圖

頻域調制采用數字多普勒技術[10]，由DDS 信號發生器產生頻域調制信號，設雷達信號頻率為f0，多普勒信號頻率為fd，則數字多普勒調制可以表示為三角函數運算，其表達式為:

數字混頻調制過程如圖3 所示，分別利用正交變換結構和多相DDS 得到正交的輸入信號載頻f0和多普勒頻移fd，對采樣信號進行多相正交變換，得到多相正交信號(sin0(2πf0t)，cos0(2πf0t))，(sin1(2πf0t)，cos1(2πf0t))，…，(sinn(2πf0t)，cosn(2πf0t))，多相DDS 產生多相正交多普勒調制信號，即(sin0(2πfdt)，cos0(2πfdt))，(sin1(2πfdt)，cos1(2πfdt))，…，(sinn(2πfdt)，cosn(2πfdt))。根據式(4)中的三角函數，分別進行相乘后相加即可得到數字頻移信號序列，對該序列進行串并轉換得到數字混頻信號。

圖3 數字混頻調制框圖

根據PD 雷達的重頻特征，將PD 雷達干擾分為寬脈沖覆蓋干擾、多普勒虛假回波干擾。當PD 雷達的脈沖重頻為低重頻時，采用寬脈沖覆蓋干擾技術；當PD 雷達的脈沖重頻為中高重頻時，采用多普勒虛假回波干擾技術。

①寬脈沖覆蓋干擾調制技術

雷達信號的恒虛警檢測(簡稱CFAR)[11-12]是在噪聲和雜波干擾功率變化的情況下，信號經過恒虛警處理，使虛警概率保持恒定，同時保證一定的檢測概率。寬脈沖覆蓋干擾調制過程利用雷達信號處理電路的固有缺陷來抑制雷達目標，即通過在雷達目標上疊加一個具有目標多普勒特征的展寬覆蓋脈沖，使得射頻干擾信號通過雜波抑制電路進入PD 雷達的恒虛警電路，通過提高檢測門限抑制真實目標。

干擾控制器從時域、頻域和能量域上對雷達信號樣本進行復合調制:時域上，根據單比特接收機[13]輸出的檢波脈沖產生時域展寬調制脈沖，使干擾脈沖能夠落入PD 雷達距離跟蹤波門；頻域上，對雷達信號樣本進行數字多普勒調制，使多普勒信號落入PD 雷達的多普勒濾波器；能量域上，控制輸出信號的幅度比目標回波信號幅度高約3～10dB，干信比取決于雷達檢測目標回波所需要的信噪比。寬脈沖覆蓋干擾的工作流程如圖4 所示，干擾信號功率大于目標回波，PD 雷達恒虛警電路在干擾信號作用下自動提高目標檢測門限，使PD 雷達無法正常獲得真實目標信息。

圖4 寬脈沖覆蓋干擾工作流程圖

②多普勒虛假回波干擾調制技術

干擾控制器從時域、頻域和能量域上對雷達信號樣本進行復合調制:時域上，對PD 雷達的脈沖重頻進行N分頻，即每第N個脈沖被轉發，由中高重頻PD 雷達存在距離模糊的特點可知，和無干擾情況相比，在雷達的距離-多普勒矩陣中就將產生(N-1)·m個多普勒假目標(m是距離-多普勒矩陣中多普勒目標的數量)；頻域上，對雷達信號樣本進行多普勒調制，使多普勒信號落入PD 雷達的多普勒濾波器；能量域上，控制輸出信號的幅度，使干擾信號幅度和目標回波信號幅度相當。

多普勒虛假回波干擾的工作流程如圖5 所示，由于中高重頻PD 雷達存在距離模糊，雷達信號處理器必須分選掉全部的距離模糊才能確定真實的目標距離。多普勒虛假回波干擾調制技術采用多個多普勒虛假回波激勵多個距離門，使PD 雷達無法在時域上分辨多個虛假目標，實現對中高重頻PD 雷達的欺騙干擾。

圖5 多普勒虛假回波干擾工作流程圖

2 干擾仿真結果及分析

根據PD 雷達的重頻特征，建立PD 雷達干擾系統仿真模型，分別對PD 雷達進行寬脈沖覆蓋干擾、多普勒虛假回波干擾進行仿真研究。

2.1 低重頻PD 雷達的寬脈沖覆蓋干擾仿真

設雷達信號持續時間T＝1 ms，采樣頻率fs＝1 MHz，真實目標回波位置t0＝1.01×10-4s，在真實目標上疊加瑞利分布雜波和熱噪聲，時域波形如圖6(a)所示。雷達對目標回波分別進行快門限恒虛警處理，恒虛警處理后輸出信號如圖6(b)所示。

圖6 無干擾PD 雷達信號輸出波形

對PD 雷達進行寬脈沖覆蓋干擾，干擾信號功率比目標回波高5 dB，有干擾恒虛警處理之前的回波波形如圖7(a)所示。經PD 雷達信號處理，有干擾恒虛警處理之后的回波波形如圖7(b)所示。和圖6 比較可知，在干擾作用下，PD 雷達自動提高了檢測門限，使其無法正常獲得真實目標信息。

圖7 有干擾PD 雷達信號輸出波形

2.2 中高重頻PD 雷達的多普勒虛假回波干擾仿真

設雷達信號脈寬τ＝1 μs，重復周期T＝10 μs，載頻f＝10 MHz。當雷達信號持續時間t＝[-40 μs，40 μs]，回波多普勒fd＝[-200 kHz，200 kHz]，則該PD 雷達的模糊函數曲線如圖8 所示。

圖8 無干擾PD 雷達模糊函數圖

對中高重頻PD 雷達進行多普勒虛假回波干擾，每2 個脈沖轉發1 次，干擾信號和雷達信號相干。干擾作用下PD 雷達模糊函數圖如圖9 所示。由圖可知，和無干擾情況相比，PD 雷達在頻域產生了4 個欺騙多普勒回波，通過增加脈沖重頻的分頻數量，將會產生更多的虛假目標，達到對PD 雷達的欺騙干擾效果。

圖9 有干擾PD 雷達模糊函數圖

圖8 和圖9 是模糊度函數曲線，其橫坐標時間和頻率分別是時域采樣間隔、多普勒頻率分辨率的倍數(相對量)，和仿真參數設置有關，基于圖8 和圖9 可以說明干擾效果，因此圖8 和圖9 中的時間、頻率和模糊度不標注單位。

3 結束語

本文根據PD 雷達的重頻特征提出了一種干擾調制技術，從時域、頻域和能量域上對雷達信號樣本進行復合干擾調制，對抗工作在不同重頻特征的PD雷達。在低重頻條件下采用寬脈沖覆蓋干擾技術，產生干擾功率大于目標回波的時域展寬覆蓋脈沖，PD雷達恒虛警電路在干擾信號作用下自動提高目標檢測門限，使雷達無法正常獲得真實目標信息。在中高重頻條件下采用多普勒虛假回波干擾調制技術，對PD 雷達脈沖重頻進行分頻，產生多個多普勒虛假目標，多個虛假目標激勵多個距離門，破壞PD 雷達對目標的分辨。仿真結果表明:該干擾調制技術可以產生預期的干擾調制波形，具有較好的干擾效果。