間歇采樣干擾參數(shù)設(shè)置對(duì)雷達(dá)干擾效果的分析

楊 沛，萬連城，莊 俊，王 鵬

(1.中國洛陽電子裝備實(shí)驗(yàn)中心，河南 洛陽 471003；2.西安電子科技大學(xué)，陜西 西安 710071)

機(jī)(彈)載自衛(wèi)干擾設(shè)備主要用于突防任務(wù)中對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施壓制或欺騙干擾，掩護(hù)自身目標(biāo)[1-2]。為減小干擾設(shè)備規(guī)模和提高干擾效能，機(jī)(彈)載干擾設(shè)備常采用相參干擾體制[3-4]，通過復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)雷達(dá)脈沖實(shí)施干擾。從雷達(dá)角度觀測(cè)，常規(guī)轉(zhuǎn)發(fā)式假目標(biāo)往往滯后于載體目標(biāo)回波，不能實(shí)現(xiàn)自衛(wèi)干擾的目的[5]。間歇采樣干擾通過短時(shí)的采樣-轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，產(chǎn)生離散的窄脈沖串[6]，經(jīng)雷達(dá)脈沖壓縮處理能夠?qū)崿F(xiàn)超前干擾，達(dá)到掩護(hù)載體突防的目的。

典型的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)系統(tǒng)基于DRFM實(shí)現(xiàn)[7-9]，其基本工作流程是干擾機(jī)對(duì)截獲的大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào)高保真地采樣其中的一小段，再進(jìn)行調(diào)制處理轉(zhuǎn)發(fā)，然后采樣與轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直至大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào)結(jié)束。間歇采樣干擾的參數(shù)主要包括采樣周期、采樣脈沖占空比，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同的參數(shù)設(shè)置會(huì)對(duì)干擾效果產(chǎn)生影響。本文通過理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證，分析了采樣周期和采樣脈沖占空比對(duì)干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)脈沖壓縮處理后輸出結(jié)果的影響，提供了采樣周期和采樣脈沖占空比的取值范圍，為試驗(yàn)中干擾參數(shù)設(shè)置提供參考。

1 間歇采樣干擾信號(hào)的脈沖壓縮輸出

1.1 間歇采樣信號(hào)及其頻譜

(1)

(2)

式中，幅度加權(quán)系數(shù)為an=τfssa(nπτfs) 。可見，p(t)的偶數(shù)次諧波分量為零，奇數(shù)次諧波分量的幅度隨著n的增大而遞減。

設(shè)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)為y(t)，脈沖寬度為T，帶寬為B，其頻譜為Y(f)。干擾機(jī)截獲到雷達(dá)信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行間歇采樣處理，采樣后的信號(hào)及其頻譜可分別表示為[11]

xs(t)=p(t)y(t)

(3)

XS(f)=p(f)*Y(f)

(4)

1.2 間歇采樣干擾信號(hào)的脈沖壓縮輸出

脈沖壓縮雷達(dá)在發(fā)射端發(fā)射寬脈沖信號(hào)，在接收端引入一個(gè)壓縮網(wǎng)絡(luò)，從而得到窄脈沖，確保距離分辨率不受影響。壓縮網(wǎng)絡(luò)一般指匹配濾波器，匹配濾波器的實(shí)質(zhì)是一種使輸出信號(hào)的信噪比取得最大的最佳線性濾波器[12-13]。據(jù)此分析間歇采樣干擾信號(hào)的脈沖壓縮輸出。

設(shè)匹配濾波器的響應(yīng)為h(t)，間歇采樣干擾信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器的輸出為

ys(t)=h(t)*xs(t-t0)

(5)

將式(2)代入式(5)并將p(t)展開，可得

(6)

由式(6)可知，ys(t)由兩部分組成，第一部分稱為主假目標(biāo)ys1=τ/Ts×y(t)，其為真實(shí)目標(biāo)的復(fù)制，幅度為真實(shí)目標(biāo)的τ/Ts。第二部分為次假目標(biāo)串ys2=2τ/TS∑n=1sin(nπfsτ)/nπfsτ×cos2nπfst×y(t)，它們受2nπfst的調(diào)制，相當(dāng)于真實(shí)目標(biāo)的頻譜搬移到間歇采樣脈沖串p(t)的各次諧波nfs處，幅度為真實(shí)目標(biāo)的τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs

主假目標(biāo)與次假目標(biāo)串形成以主假目標(biāo)為中心對(duì)稱分布的相干假目標(biāo)串[14]，如圖1所示(假設(shè)雷達(dá)脈沖寬度為50 μs，目標(biāo)距離10 km，采樣脈沖占空比20%，采樣周期20μs，干擾信號(hào)能量與目標(biāo)回波能量相同)。

缺鐵性貧血在6歲以下的貧血患者中占90%[2],這主要是由于疾病早期并無特異表現(xiàn),家長難以察覺。此疾病與鐵元素吸收障礙、攝入不足等均有直接關(guān)系,機(jī)體可見持續(xù)性鐵元素缺乏,進(jìn)而造成血紅蛋白合成功能下降[3~6],影響細(xì)胞充盈程度,最終引發(fā)小細(xì)胞低色素性貧血,同時(shí),導(dǎo)致紅細(xì)胞體積變化,可見其體積不均勻。地中海貧血?jiǎng)t主要是因珠蛋白肽鏈合成障礙所致,根據(jù)其基因型可分為單純性α地貧、單純性β地貧、αβ復(fù)合型地貧。其中受基因缺陷影響,不同患兒珠蛋白肽鏈也不盡相同,故而患兒可能會(huì)出現(xiàn)不同臨床表現(xiàn),嚴(yán)重者可導(dǎo)致進(jìn)行性溶血性貧血[4~5]。

圖1 間歇采樣干擾信號(hào)脈沖壓縮輸出

2 干擾參數(shù)設(shè)置對(duì)干擾效果的影響研究

由式(6)可知，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的參數(shù)，主要包括采樣周期Ts、采樣脈沖占空比τ/Ts，分別分析其對(duì)干擾效果的影響。

2.1 采樣周期Ts對(duì)干擾效果的影響

設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)為

(7)

式中，A為信號(hào)幅度，T為脈沖寬度，f0為信號(hào)中心頻率，k為調(diào)頻斜率，rect(t/T)為矩形函數(shù)。

將式(7)帶入式(6)，可得間歇采樣干擾信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器的輸出包絡(luò)為

|ys(t)|=|h(t)*xs(t-t0)|=

(8)

其輸出包絡(luò)為辛克函數(shù)形式。由辛克函數(shù)的特性可得，相鄰峰值的間隔為

(9)

由式(9)可知，當(dāng)雷達(dá)信號(hào)脈寬T和帶寬B一定時(shí)，間歇采樣干擾形成的假目標(biāo)間隔與采樣周期Ts有關(guān)。采樣周期越大，間歇采樣干擾形成的假目標(biāo)間隔越小。合理設(shè)置采樣周期，即可形成滿足需要的不同距離間隔假目標(biāo)串。

文獻(xiàn)[11]研究表明，當(dāng)采樣周期TS>1/B時(shí)，匹配濾波器有較理想的輸出，確保能夠產(chǎn)生假目標(biāo)。從頻域看，對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行間歇采樣相當(dāng)于進(jìn)行周期加權(quán)拓展[16]，采樣周期越長，拓展周期越短，落入匹配濾波器的周期越多，次假目標(biāo)的數(shù)量越多。但是采樣周期越長，拓展的次假目標(biāo)頻譜間會(huì)發(fā)生重疊。當(dāng)滿足Δt>2/B，即TS

2.2 采樣脈沖占空比對(duì)干擾效果的影響

由式(6)可知，主假目標(biāo)的功率由采樣脈沖占空比τ/Ts決定，當(dāng)τ=Ts/2時(shí)，主假目標(biāo)的功率具有最大值。次假目標(biāo)串假目標(biāo)幅度取決于τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs×cos2nπfst。cos2nπfst對(duì)其影響較小，采樣脈沖占空比τ/Ts是影響次假目標(biāo)串幅度的決定性因素。當(dāng)采樣周期一定時(shí)，調(diào)整占空比τ/Ts，可以改變主假目標(biāo)與次假目標(biāo)串的幅度比例，即改變干擾功率在各個(gè)假目標(biāo)上的能量分配。

分別設(shè)置占空比為20%、30%、40%、50%，計(jì)算n為不同值時(shí)假目標(biāo)的幅度加權(quán)系數(shù)，即間歇采樣干擾信號(hào)經(jīng)過脈沖壓縮后在各次諧波nfs處的幅度，如表1所示。

表1 假目標(biāo)串的各次諧波幅度加權(quán)系數(shù) /dB

由表1可知，占空比τ/Ts較大時(shí)，雖然假目標(biāo)幅度較大，但主次假目標(biāo)幅度差也較大，可利用假目標(biāo)數(shù)量有限；占空比τ/Ts較小時(shí)，雖然整個(gè)干擾系統(tǒng)輸出的平均功率也較低，但主次假目標(biāo)幅度差較小。通過增大干擾功率，可以有效利用的假目標(biāo)數(shù)目增加。但是占空比不宜太小，否則導(dǎo)致間歇采樣干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)相干性變差，匹配濾波后嚴(yán)重失配，甚至喪失干擾效果。

3 仿真驗(yàn)證

設(shè)置不同干擾參數(shù)，對(duì)干擾效果的理論分析進(jìn)行驗(yàn)證。LFM雷達(dá)參數(shù)設(shè)置如下：信號(hào)帶寬2.5 MHz，脈沖寬度T=50 μs，雷達(dá)信號(hào)處理采樣頻率120 MHz；真實(shí)目標(biāo)距離10 km。圖中對(duì)干擾信號(hào)能量進(jìn)行了歸一化處理。

3.1 采樣周期Ts對(duì)干擾效果的影響

干擾參數(shù)設(shè)置為：采樣脈沖占空比20%，采樣周期分別為0.4 μs、10 μs、25 μs、45 μs，干擾功率比目標(biāo)回波能量增大7 dB。

圖2 不同采樣周期Ts時(shí)的干擾效果

由圖2可見，當(dāng)采樣周期Ts為0.4 μs時(shí)，不滿足TS>1/B的條件，匹配濾波器不能產(chǎn)生假目標(biāo)。當(dāng)采樣周期為10 μs和25 μs時(shí)，即1/BT/2時(shí)，主假目標(biāo)與次假目標(biāo)串發(fā)生重疊，使得假目標(biāo)串能量向主假目標(biāo)集中，假目標(biāo)形狀發(fā)生變化。

3.2 采樣脈沖占空比τ/Ts對(duì)干擾效果的影響

干擾參數(shù)設(shè)置為：采樣周期20 μs，采樣脈沖占空比分別為1%、10%、30%、50%。

圖3 不同采樣脈沖占空比時(shí)的干擾效果

由圖3可知，當(dāng)采樣脈沖占空比τ/Ts=1%時(shí)，因?yàn)檎伎毡忍?，?dǎo)致間歇采樣信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)相干性變差，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)匹配濾波后嚴(yán)重失配，喪失干擾效果。當(dāng)采樣脈沖占空比τ/Ts=10%時(shí)，各假目標(biāo)雖然幅度比較低，但幅度比較均衡。如果加大干擾功率，能夠形成多個(gè)假目標(biāo)，將真實(shí)目標(biāo)淹沒于假目標(biāo)中。當(dāng)τ/Ts=30%和50%時(shí)，雖然主假目標(biāo)幅度較大，但次假目標(biāo)幅度降低較快。同時(shí)由于采樣脈沖引起的時(shí)間延遲導(dǎo)致真假目標(biāo)之間的距離增大，形成了假目標(biāo)遠(yuǎn)離真實(shí)目標(biāo)的現(xiàn)象。

綜上可見，當(dāng)采樣周期保持不變，占空比逐漸增大時(shí)，干擾能量逐漸向主假目標(biāo)和低階次假目標(biāo)集中，而且次假目標(biāo)的幅度衰減很快，導(dǎo)致可以有效利用的假目標(biāo)數(shù)目較少，一般多為3～5個(gè)，從而限制了假目標(biāo)覆蓋的空域范圍。

4 結(jié)束語

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾利用脈沖壓縮雷達(dá)雷達(dá)的脈內(nèi)相干性進(jìn)行干擾，能夠使得干擾信號(hào)經(jīng)過雷達(dá)脈沖壓縮后產(chǎn)生多個(gè)距離欺騙的逼真假目標(biāo)。本文分析了間歇采樣的采樣周期Ts、采樣脈沖占空比τ/Ts對(duì)干擾效果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。針對(duì)不同的雷達(dá)，已知雷達(dá)信號(hào)脈寬和帶寬等先驗(yàn)信息的條件下，合理的設(shè)置采樣周期、采樣脈沖占空比，并且適當(dāng)增大干擾功率，能夠形成有效的多假目標(biāo)干擾，才能對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)產(chǎn)生良好的干擾效果。