對相位編碼雷達假目標干擾方法研究

趙艷秋

(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

脈沖壓縮雷達采用發射大時寬脈沖來增大發射信號的能量,保證雷達的探測距離,同時在接收機內將回波脈沖信號壓縮成窄脈沖,提高雷達的距離分辨力,較好地解決了探測距離和距離分辨力之間的矛盾。相位編碼雷達信號是一種典型的脈沖壓縮雷達信號,該信號在接收時采用時域相關處理壓縮脈沖,獲得較高的相干處理增益,具有低截獲和抗干擾能力強等優點。針對相位編碼雷達的干擾方法研究也成為了雷達對抗領域的研究熱點之一[1]。

對相位編碼脈沖壓縮雷達的干擾方法一般包含噪聲干擾、移頻干擾、假目標干擾等。噪聲干擾由于無法獲得相位編碼雷達信號的相干處理增益,需要較大的干擾功率,干擾效果較差[2]。線性調頻信號在距離和多普勒頻移之間存在強耦合,在干擾信號上疊加多普勒移頻率,可實現對雷達的欺騙。但移頻干擾對相位編碼雷達干擾效果較差:干擾信號疊加移頻后,脈壓后的干擾信號幅度會隨著頻偏的增加而快速下降,嚴重影響干擾效果;脈壓后的干擾信號位置不會發生變化,無法實現距離欺騙的效果[3]。

假目標干擾通過部分或全部復制相位編碼信號作為干擾信號,干擾信號滿足與雷達信號的匹配性,因而具有較好的干擾效果[2]。本文主要針對相位編碼雷達,介紹了前沿復制、間歇采樣、碼元截取3種假目標干擾方法,并對其干擾效果進行了仿真分析。

1 相位編碼信號特征分析

相位編碼雷達信號通常用二相碼對高頻寬脈沖進行相位調制,編碼規律為巴克碼、偽隨機碼和M序列,本文以13位巴克碼為例,分析說明對相位編碼雷達假目標干擾的方法。

相位編碼雷達發射的雷達信號表達式如下:

s(t)=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

(2)

式中:a(t)為幅度調制函數;φ(t)為相位調制函數;f0為載波頻率;T為脈沖寬度;N為碼元數,對于13位巴克碼,N為13;τ為1個碼元的寬度;φ(t)為相位調制函數,對于二相碼,φ(t)取值為0和π。

一般將相位為“0”的子脈沖表示為“+1”或“+”,將相位為“π”的子脈沖表示為“-1”或“-”。13位巴克碼編碼規律Ck={+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+1},信號特征如圖1所示。

圖1 相位編碼信號的時域波形圖(13位巴克碼)

根據匹配濾波器理論,對信號s(t)的匹配濾波器的脈沖響應h(t)=s(t0-t),匹配濾波器結構由抽頭延遲線、均衡器、倒相器和加法器組成,每段延遲線的延遲時間為τ[3]。13位巴克碼的匹配濾波器結構如圖2所示,脈壓后波形如圖3所示。

圖2 匹配濾波器原理方框圖(13位巴克碼)

圖3 脈壓后波形圖(13位巴克碼)

2 前沿復制干擾仿真分析

前沿復制干擾是最常用的一種干擾方式,干擾機對截獲的大時寬雷達信號前沿采樣并進行復制,復制完成后循環轉發,對雷達脈沖逐個實施干擾。前沿復制干擾時序示意圖如圖4所示。

圖4 前沿復制干擾時序圖

前沿復制干擾能夠獲得雷達的部分處理增益,其獲得的處理增益一般與雷達前沿寬度相關。仿真參數如下:雷達信號碼長N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為0 dB,對前沿復制寬度t=τ,3τ,5τ,6τ分別進行干擾效果仿真,仿真結果如圖5所示。

圖5 前沿復制干擾效果圖

圖5中,前沿復制干擾能夠產生多個假目標,假目標的數量及幅度與前沿復制寬度有關。當前沿復制寬度為1個碼元寬度時,產生的假目標數量以及幅度較大的假目標最多,同時假目標分布在目標回波距離前后,干擾效果最佳。當干信比達到16.3 dB時,能夠對雷達起到很好的壓制效果。仿真參數如下:雷達信號碼長N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為16.3 dB,進行干擾效果仿真,仿真結果如圖6所示。

圖6 前沿復制干擾效果圖(干信比為16.3 dB)

3 間歇采樣干擾仿真分析

間歇采樣干擾通過使用數字儲頻對雷達信號進行低速采樣和復制轉發,對雷達脈沖逐個實施干擾。間歇采樣干擾時序如圖7所示。

圖7 間歇采樣干擾時序圖

間歇采樣干擾能夠獲得雷達的部分處理增益,產生多個假目標,假目標數量與間歇采樣占空比相關,占空比越低時假目標數量越多,假目標幅度基本相當。仿真參數如下:雷達信號碼長N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比0 dB,間歇采樣寬度t=τ,對間歇采樣占空比50%、33%、25%、20%分別進行干擾效果仿真,仿真結果如圖8所示。

圖8 間歇采樣干擾效果圖

圖8中,間歇采樣能夠產生多個假目標,當采樣占空比越低時,產生的假目標壓制效果越佳;當占空比進一步降低后,其干擾效果類似于前沿復制干擾。

4 碼元截取干擾仿真分析

相位編碼雷達工作時,在相參積累期間,載頻、脈沖重復周期均不變,脈間調制樣式變化[5]。利用相位編碼雷達的這些特性設計一種碼元重組干擾方法,通過使用數字儲頻進行全脈沖存儲后,利用特定的準則對碼元截取形成干擾信號。

通過對相位編碼雷達匹配濾波器結構分析后可知,若截去雷達脈沖前沿信號,取剩余部分雷達信號作為干擾信號,可產生提前目標回波的假目標,對相位編碼雷達實現距離欺騙干擾。碼元截取干擾時序如圖9所示。

圖9 碼元重組干擾時序圖

圖9中,截去前沿(第1個碼元)產生干擾信號,干擾信號經過相位編碼匹配濾波器后,假目標將會出現在目標回波前一個距離門內,假目標幅度為目標回波幅度的(N-1)/N。同理,若截去前沿(n個碼元)產生干擾信號,干擾信號形成的假目標將會出現在目標回波前n個距離門內,假目標幅度為目標回波幅度的(N-n)/N。仿真參數如下:雷達信號碼長N=13,碼元寬度τ=1 μs,干信比為0 dB,對n=1,2,3,4,5分別進行干擾效果仿真,仿真結果如圖10所示。

圖10 碼元截取干擾效果圖

根據仿真結果,碼元截取干擾能夠形成提前于目標回波的假目標,輔以無源或有源誘餌等干擾手段,將會對相位編碼雷達起到較好的干擾效果。

5 結束語

本文根據相位編碼雷達的工作原理及特點,對前沿復制、間歇采樣及碼元截取等3種干擾方法進行了假目標干擾效果仿真分析。仿真結果表明,前沿復制干擾和間歇采樣干擾能夠產生多個假目標,對相位編碼雷達起到較好的壓制效果,但假目標難以提前于目標回波;碼元截取干擾能夠產生提前于目標回波的假目標,與無源或有源誘餌組合,對相位編碼雷達起到較好的干擾效果。