一種基于DRFM的距離波門拖曳干擾方法仿真研究

羅 應(yīng)

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

目前,新體制的多功能雷達(dá)一般都采用了多種綜合抗干擾技術(shù),尤其是采用了脈內(nèi)或脈間相參的發(fā)射信號(hào)波形,從而使與雷達(dá)發(fā)射波形不匹配的干擾信號(hào)不能得到匹配濾波處理的增益,明顯降低了傳統(tǒng)方法壓制或者欺騙干擾的干擾效果[1],對(duì)當(dāng)前雷達(dá)干擾新技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)(DRFM)是20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)[2],其可以截獲并能夠存儲(chǔ)不同類型的雷達(dá)波形信號(hào)信息,甚至可以對(duì)截獲的原始雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行非常精準(zhǔn)的復(fù)制。由于其優(yōu)良的性能加之近年硬件水平的不斷提高,DRFM技術(shù)得到飛速發(fā)展。雷達(dá)干擾機(jī)對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)波形進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或進(jìn)行一定的時(shí)頻調(diào)制處理就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)雷達(dá)的干擾。基于DRFM的干擾技術(shù)不僅能夠?qū)Ψ窍鄥Ⅲw制的常規(guī)單脈沖雷達(dá)產(chǎn)生理想的干擾效果,并且可以產(chǎn)生與目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)相參的干擾信號(hào),對(duì)脈沖多普勒和脈沖壓縮等相參體制的雷達(dá)產(chǎn)生較好的干擾。干擾信號(hào)與目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)具有相參性,干擾信號(hào)同時(shí)可獲得目標(biāo)雷達(dá)的相參增益,大大減小了干擾機(jī)的功率。依托高速數(shù)字器件的快速發(fā)展, 越來(lái)越多的偵察干擾機(jī)系統(tǒng)的干擾產(chǎn)生部件開始以DRFM技術(shù)為核心進(jìn)行干擾機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)。線性調(diào)頻(LFM)脈壓雷達(dá)時(shí)間和多普勒頻率存在強(qiáng)耦合性,采用移頻干擾技術(shù)可實(shí)現(xiàn)欺騙干擾[3-4]。因此,基于DRFM技術(shù)干擾策略研究與硬件工程實(shí)現(xiàn)都具有重要的意義。

應(yīng)用于干擾領(lǐng)域的DRFM技術(shù)是將截獲的目標(biāo)雷達(dá)發(fā)射的模擬射頻信號(hào)下變頻處理后,進(jìn)行模/數(shù)(A/D)采樣處理,將模擬信號(hào)量化為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里。根據(jù)需要再?gòu)拇鎯?chǔ)器中將數(shù)據(jù)讀出并轉(zhuǎn)換處理成模擬信號(hào)輸出使用。DRFM系統(tǒng)主要由模擬下變頻、A/D變換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)/模(D/A)變換及數(shù)據(jù)恢復(fù)、模擬上變頻和控制系統(tǒng)等部分組成[5]。

DRFM系統(tǒng)的主要工作過(guò)程為:偵察系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行偵收,將接收到的小功率目標(biāo)雷達(dá)發(fā)射射頻信號(hào)與本振進(jìn)行混頻、濾波處理,下變頻到中頻或者基帶。下變頻后的信號(hào)進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D變換形成一定位數(shù)的量化信號(hào),將量化信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。

DRFM系統(tǒng)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(jù)寫入讀出方式可產(chǎn)生全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾、式樣脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾,式樣脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾包含前沿截取轉(zhuǎn)發(fā)、部分截取轉(zhuǎn)發(fā)、間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)等多種樣式的干擾模式。全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾在脈內(nèi)只能產(chǎn)生滯后于目標(biāo)的欺騙干擾,式樣脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾增加移頻后在脈內(nèi)可產(chǎn)生超前目標(biāo)或滯后目標(biāo)的干擾。

1 基于DRFM的距離欺騙拖曳干擾方法

線性調(diào)頻脈沖信號(hào)具有強(qiáng)的相干性,其時(shí)間和頻率間的相關(guān)性使其具有大時(shí)寬帶寬積特性,不但解決了雷達(dá)威力與距離分辨力之間的矛盾,并且使和雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波形不匹配的一些雜波或干擾信號(hào)得不到相應(yīng)的匹配處理增益,從而有效提高了雷達(dá)自身的抗干擾性能。但線性調(diào)頻信號(hào)脈內(nèi)相干性使其在距離-多普勒頻移之間存在較強(qiáng)耦合性,會(huì)因多普勒頻移的視在漂移而產(chǎn)生相應(yīng)的測(cè)距誤差。在截取的轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)上疊加一個(gè)適當(dāng)?shù)亩嗥绽账俣阮l移量,便可使雷達(dá)產(chǎn)生一個(gè)領(lǐng)先或滯后于匹配目標(biāo)的虛假目標(biāo)干擾。

隨著DRFM技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用,移頻干擾可借助DRFM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),其實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。首先DRFM系統(tǒng)對(duì)截獲的敵方雷達(dá)射頻微波信號(hào)進(jìn)行處理并存儲(chǔ),對(duì)雷達(dá)進(jìn)行干擾時(shí)DRFM系統(tǒng)復(fù)制出原雷達(dá)射頻信號(hào),在進(jìn)行上變頻處理時(shí)給上變頻的本振信號(hào)調(diào)制1個(gè)合適的頻移量,以產(chǎn)生對(duì)雷達(dá)的移頻干擾信號(hào)。

圖1 基于DRFM的移頻干擾系統(tǒng)組成示意圖

線性調(diào)頻信號(hào)復(fù)數(shù)表達(dá)式為:

(1)

對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)增加ζ的頻移量后,移頻干擾可表示為:

(2)

經(jīng)過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)的匹配濾波系統(tǒng),輸出信號(hào)為[5]:

(3)

上式表明經(jīng)調(diào)制的移頻干擾信號(hào)在經(jīng)過(guò)目標(biāo)雷達(dá)匹配濾波網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后的輸出為中心頻率為f0+B/2+ζ/2的單頻振蕩信號(hào),其包絡(luò)為:

(4)

采用全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)加固定移頻量生成欺騙干擾信號(hào)時(shí),如進(jìn)行脈內(nèi)干擾,在雷達(dá)處理后干擾信號(hào)始終滯后于目標(biāo)信號(hào),且欺騙距離相對(duì)目標(biāo)距離為固定值,很容易被雷達(dá)識(shí)別,進(jìn)行抗干擾消除。

本文在脈內(nèi)采用式樣式轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)制干擾,即存儲(chǔ)部分雷達(dá)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行移頻調(diào)制后實(shí)施干擾,此時(shí)可產(chǎn)生導(dǎo)前目標(biāo)的欺騙干擾亦可產(chǎn)生滯后目標(biāo)的欺騙干擾。不增加移頻量時(shí)假目標(biāo)滯后于真實(shí)目標(biāo),增加一定的正移頻量時(shí)假目標(biāo)可導(dǎo)前于目標(biāo),增加一定的負(fù)移頻量時(shí)假目標(biāo)更加滯后于真實(shí)目標(biāo)。

在多脈沖間采取變移頻量的距離拖曳干擾方式。進(jìn)行距離前拖曳干擾時(shí),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(biāo)逐漸靠近真實(shí)目標(biāo)。當(dāng)假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)交匯時(shí),增加干擾功率,繼續(xù)增加正移頻量,將雷達(dá)跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行距離前拖曳,達(dá)到前拖曳干擾的目的。進(jìn)行距離后拖曳干擾時(shí),初始脈沖可先增加一定量的正頻移量,逐步減小移頻量,達(dá)到后拖曳干擾的目的。在脈間采取正弦調(diào)制增量方式,頻移量增加可選擇正弦函數(shù)的0°～90°區(qū)間進(jìn)行調(diào)制,頻移量減小可選擇正弦函數(shù)90°～270°區(qū)間進(jìn)行調(diào)制。

頻移量變化的關(guān)鍵是做到隱秘,對(duì)雷達(dá)可識(shí)別性弱。在脈間變頻移量實(shí)施干擾時(shí),每個(gè)脈沖的頻移量疊加1個(gè)隨機(jī)值?；贒RFM的距離拖曳干擾系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 基于DRFM的距離拖曳干擾系統(tǒng)原理示意圖

式樣式欺騙干擾信號(hào)模型如圖3所示,其中n為設(shè)計(jì)的干擾脈沖數(shù),即持續(xù)干擾時(shí)間。

圖3 欺騙干擾信號(hào)模型

首先偵察雷達(dá)信號(hào),根據(jù)系統(tǒng)命令DRFM系統(tǒng)開始工作。DRFM系統(tǒng)截取部分雷達(dá)脈沖信號(hào),時(shí)寬為T、帶寬為B。對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)調(diào)制,設(shè)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(diào)制加隨機(jī)噪聲的二次調(diào)頻量;如向后拖曳,生成余弦調(diào)制加隨機(jī)噪聲的二次調(diào)頻量。經(jīng)上變頻調(diào)制后產(chǎn)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(dǎo)前目標(biāo)干擾時(shí),在目標(biāo)前產(chǎn)生欺騙干擾,移頻量逐脈沖增加,并向靠近目標(biāo)雷達(dá)方向進(jìn)行距離拖曳;在滯后目標(biāo)干擾時(shí),移頻量逐脈沖減小,在目標(biāo)后產(chǎn)生欺騙干擾,并向遠(yuǎn)離目標(biāo)雷達(dá)方向進(jìn)行距離拖曳。當(dāng)頻移量增大到一定值時(shí)干擾自動(dòng)消失。

2 仿真驗(yàn)證及分析

仿真參數(shù)設(shè)置:雷達(dá)信號(hào)帶寬40 MHz;雷達(dá)信號(hào)時(shí)寬30 μs;雷達(dá)信號(hào)重復(fù)周期150 μs;采樣率80 MHz;噪聲功率-15 dB;雷達(dá)信號(hào)功率0 dB;截取信號(hào)時(shí)寬15 μs;轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)0.1 μs;初始頻移10 MHz;干擾調(diào)制功率15 dB;拖曳方式包括前拖、后拖。

仿真結(jié)果如圖5～圖9所示,由仿真結(jié)果可見(jiàn),本方法產(chǎn)生了前拖曳和后拖曳干擾,能對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)雷達(dá)脈壓產(chǎn)生較好的干擾效果。本方法截取雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的一部分,既可產(chǎn)生導(dǎo)前干擾,也可產(chǎn)生滯后干擾,在脈間增加隨機(jī)移頻量后干擾隱蔽性更高,使雷達(dá)系統(tǒng)更難識(shí)別出移頻干擾。

圖6 前拖無(wú)隨機(jī)增量64脈沖脈壓結(jié)果

圖7 前拖有隨機(jī)增量64脈沖脈壓結(jié)果

圖8 后拖無(wú)隨機(jī)增量64脈沖脈壓結(jié)果

圖9 后拖有隨機(jī)增量64脈沖脈壓結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于DRFM技術(shù)的脈間按一定特征變移頻量的移頻干擾方法。根據(jù)實(shí)際戰(zhàn)術(shù)需要,可在多脈沖間按正余弦函數(shù)曲線特征產(chǎn)生向前拖曳或者向后拖曳的欺騙干擾。同時(shí)在脈間的移頻增量中疊加隨機(jī)量,使雷達(dá)更難識(shí)別欺騙干擾。通過(guò)仿真分析表明,本方法產(chǎn)生的干擾效果與預(yù)期效果一致。