摘 要：脈沖壓縮雷達作為一種抗干擾能力很強的新型雷達受到了廣泛的關(guān)注，如何對其進行有效干擾是一項亟需解決的課題。在對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達信號分析的基礎(chǔ)上，研究了噪聲干擾、脈沖干擾、頻移干擾、延時干擾對該雷達信號的干擾效果，通過計算輸入、輸出信干比比較了不同干擾的干擾效果。通過仿真，給出了最佳的干擾信號樣式。

關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻；脈沖壓縮；噪聲干擾；脈沖干擾；頻移干擾；延時干擾

中圖分類號：TN95文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2008)07-011-03

A Simulated Study on Jamming of LFM Pulse-compression Radar Signal

ZHANG Bin1，ZHANG Yingbo2

(1.College of Electro.Inform.，Jiangsu University of Science Technology，Zhenjiang，212003，China;2.The 723 Institute of CSIC，Yangzhou，225001，China)

Abstract：Pulse-compression radar，as a strong anti-jamming capability of new radar has been widespread concerned，and how effective interference is an urgent need to address the issue.Based on analysis of LFM Pulse-compression radar signal，study on the effect of noise jamming，pulse jamming，shift-frequency jamming and time-delay jamming to jam the LFM pulse-compression radar signal.By calculating the SNR of input and output，comparing the different effects of jamming.By simulation，the best jamming signal is proposed.

Keywords：LFM;pulse-compression;noise-jamming;pulse-jamming;shift-frequency jamming;time-delay jamming

脈沖壓縮是指發(fā)射寬編碼脈沖并對回波進行處理獲得窄脈沖，因此脈沖壓縮雷達既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈沖的強檢測能力。脈沖壓縮雷達常用的信號包括線性調(diào)頻信號，非線性調(diào)頻信號和相位編碼信號，其中線性調(diào)頻信號對多普勒頻移不敏感，是用的最廣泛、技術(shù)最成熟的一種脈沖壓縮信號。線性調(diào)頻脈沖壓縮本質(zhì)上就是對回波進行頻率延遲，低頻信號部分延遲時間長，高頻信號部分延遲時間短，從而使脈寬為T的寬脈沖壓縮為窄脈沖τ。壓縮比D=T/τ，如果不考慮損耗，壓縮后的脈沖幅度將變?yōu)樵瓉淼腄倍。

1 線性調(diào)頻信號的頻譜

線性調(diào)頻信號的復(fù)數(shù)表達式：



S(t)=ArecttTexpj2πf0t+Kt22



其中，recttT為矩形包絡(luò)函數(shù)，T為脈沖寬度，f0為中心頻率，K=B/T為調(diào)頻斜率，B為調(diào)制帶寬。

幅頻特性：



|S(f)|[WB]=A1/K{[c(v1)+c(v2)]2+

[DW][s(v1)+s(v2)]2}1/2



其中c(v)，s(v)為菲涅耳積分：



s(v)=∫v0sin(π2x2)dx

c(v)=∫v0cos(π2x2)dx

v1=BT1+2(f-f0)/B2

v2=BT1-2(f-f0)/B2



菲涅耳積分的性質(zhì)：



limv→∞c(v)=limv→∞s(v)=0.5



相頻特性：



φi=-π(f-f0)2K+arctans(v1)+s(v2)c(v1)+c(v2)



圖1、圖2分別為線性調(diào)頻信號的時域波形和幅度譜。

圖1 線性調(diào)頻信號的時域波形

圖2 線性調(diào)頻信號的幅度譜

本文的線性調(diào)頻信號仿真參數(shù)取如下值：

中心頻率：f0=5 MHz；頻帶寬度：B=30 MHz；脈沖寬度：T=30 μs；采樣頻率：fs=100 MHz。

2 噪聲干擾

噪聲干擾是在敵方雷達中注入干擾信號以使真實目標(biāo)回波信號被干擾淹沒的一種有源方式的干擾。噪聲干擾的主要優(yōu)點是需要了解敵方雷達的信息很少，噪聲干擾機不需要詳細了解雷達的信號特征和處理信號的環(huán)節(jié)，只需要知道雷達的工作頻率。干擾設(shè)備比較簡單，對傳統(tǒng)雷達的目標(biāo)檢測系統(tǒng)的干擾效果好。

噪聲干擾可窄帶噪聲表示，其表達式為：



J(t)=Un(t)cos(ωjt+φ(t))



其中，Un(t)服從瑞利分布；φ(t)服從[0，2π]均勻分布，且與Un(t)相互獨立；ωj為干擾信號的角頻率。圖3為噪聲干擾與線型調(diào)頻信號經(jīng)過處理后的波形。圖3干擾的中心頻率fj=5 MHz，平均功率σ2=25。干擾和信號混合之后，信號完全淹沒在噪聲干擾之中，經(jīng)過匹配濾波之后，信號出現(xiàn)了峰值，而干擾卻沒有形成峰值，如圖3所示。此時輸出干擾強度明顯小于輸入干擾強度，這是由于匹配濾波器對干擾的失配造成的。

圖3 噪聲干擾與線型調(diào)頻信號經(jīng)過處理后的波形

表1是在上述給定的參數(shù)情況下計算出來的線性調(diào)頻信號和噪聲干擾通過匹配濾波器前后的信干比。

表1 輸入/輸出信干比及改善

干擾形式輸入信干比/dB輸出信干比/dB信干比改善/dB

噪聲干擾-17.0815.2332.31



3 脈沖干擾

圖4是加了脈沖干擾為周期脈沖干擾，每個子脈沖的寬度τ=0.5 μs，整個脈沖的寬度T=30 μs，等于線性調(diào)頻信號的脈寬，其表示式可以寫為：



J(t)=5cos(2πf0t) 2nτ≤t≤(2n+1)τ，n=0，1，2…



其中τ 處干擾為0。

圖4 周期脈沖干擾處理后輸出波形

由于線性調(diào)頻信號是一種大時寬帶寬脈沖壓縮雷達信號，而脈沖干擾不具有這種性能，所以當(dāng)干信比較小時，干擾效果不是很理想。雖然圖中所取參數(shù)均不足以使干擾有效遮蓋信號，但是經(jīng)過計算和多次仿真表明，高干信比的欺騙脈沖能有效的降低脈壓雷達信號對目標(biāo)的檢測能力。采用高干信比的欺騙脈沖可以使雷達的壓縮處理增益造成損失，從而使干擾信號遮蓋目標(biāo)信號。

表2是遮蓋脈沖干擾和周期脈沖干擾與線性調(diào)頻信號經(jīng)過匹配濾波器處理前后的信干比的計算結(jié)果。仿真還發(fā)現(xiàn)，如干信比較大，真實目標(biāo)就會被淹沒，只能看到假目標(biāo)。

表2 脈沖干擾和線性調(diào)頻信號經(jīng)過匹配濾波器

處理前后的信干比及其改善

干擾形式輸入信干比 /dB輸出信干比 /dB信干比改善 /dB

周期脈沖干擾-10.4412.9423.38

遮蓋脈沖干擾-16.133.6319.76



4 頻移干擾

線性調(diào)頻信號的模糊圖表明，這種信號在距離和速度間存在著強耦合，當(dāng)信號具有多普勒頻移時，壓縮信號的主峰出現(xiàn)時間，將相對于無多普勒頻移時超前或遲后(決定于多普勒頻率的極性)，這種現(xiàn)象構(gòu)成了對線性調(diào)頻雷達干擾的基礎(chǔ)。

對線性調(diào)頻信號較有效的干擾方法是移頻干擾。圖6的頻移干擾采用的是fd頻率拖引，干擾信號所用fd的值為fd=3 MHz，占線性調(diào)頻信號帶寬的10%，其表達式如下：



Jam1=exp(jπμt2+j2πfdt)0＜t＜T



對線性調(diào)頻信號通過頻移干擾可以形成距離假目標(biāo)欺騙干擾，但是要合理選擇頻移量，多次仿真的結(jié)果表明，通常情況下，如果要取得較好的干擾效果，所選頻移量最好不要超過線性調(diào)頻信號調(diào)制帶寬的一半，頻移量越小，干擾效果越好。這是因為，頻移量越大，干擾信號有效通過匹配濾波器的能量越小。

圖6施加的是一個線性調(diào)頻干擾信號，該干擾信號在30 μs的時間內(nèi)頻率線性變化了1.05 MHz，即其調(diào)頻斜率為線性調(diào)頻信號調(diào)頻斜率的1.05倍，表達式如下：



J(t)=exp(j1.05πμt2)0＜t＜T



圖5 移頻干擾1與線性調(diào)頻信號

經(jīng)過處理后的輸出波形

圖6 移頻干擾2與線性調(diào)頻信號

經(jīng)過處理后的輸出波形

由圖可以看出：移頻干擾 2 與線性調(diào)頻信號的干擾效果不明顯。

5 延時干擾

除了用移頻方法產(chǎn)生假目標(biāo)外，還可用延時方法產(chǎn)生假目標(biāo)。圖7延時干擾和線性調(diào)頻信號混合經(jīng)過處理后的仿真結(jié)果。

圖7 延時干擾與線性調(diào)頻信號經(jīng)過處理后的輸出波形

原線性調(diào)頻信號延時2 μs作為干擾信號，圖7為經(jīng)過匹配濾波后的輸出波形。圖中呈現(xiàn)了與目標(biāo)回波信號一樣的假目標(biāo)信號。多次仿真結(jié)果表明，用這種延時的方法產(chǎn)生干擾信號的干擾效果是有效的。圖中只畫出了干擾延時2 μs后的處理輸出，實際上不管延時多久，這種干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)欺騙都是有效的。這是因為干擾信號頻譜特性與真目標(biāo)的回波頻譜特性完全相同，因而也和壓縮網(wǎng)絡(luò)匹配，幾乎沒有能量落在匹配濾波器頻帶之外。

由表3中的計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，移頻干擾1在濾波器處理前后的信干比有些許的改善，但是很小；移頻干擾2相對來說卻改善了很多，這說明移頻干擾1對線性調(diào)頻信號的干擾效果要明顯好于移頻干擾2對線性調(diào)頻信號的干擾效果。對于延時干擾，在匹配處理前后信干比幾乎沒有什么變化，而且由于干擾只是信號的延時，所以匹配濾波前后信干比沒有變化且均為零。

表3 移頻干擾和延時干擾與線性調(diào)頻信號經(jīng)過匹配濾波器處理前后的信干比

干擾形式輸入信干比 /dB輸出信干比 /dB信干比改善 /dB

移頻干擾 11.452.631.18

移頻干擾 2-12.5812.2924.87

延時干擾0約為0約為0



6 結(jié) 語

(1) 噪聲干擾，由于干擾信號的隨機性，使得他經(jīng)過匹配濾波器時，不能與傳輸函數(shù)有效匹配，導(dǎo)致干擾不能有效通過匹配濾波器，當(dāng)干信比不夠高時，不能形成有效干擾。

(2) 遮蓋脈沖干擾和周期脈沖干擾都不能對線性調(diào)頻信號形成有效干擾。

高干信比的欺騙脈沖能有效形成假目標(biāo)信號，降低線性調(diào)頻脈壓雷達對目標(biāo)的檢測和距離跟蹤能力。

(3) 對線性調(diào)頻信號施加一個中心頻率偏移的線性調(diào)頻干擾信號，能對線性調(diào)頻信號通過頻移干擾形成距離欺騙假目標(biāo)，只是要合理選擇頻移量。頻移量越小，干擾效果越好。通常頻移量不超過雷達線性調(diào)頻信號調(diào)制帶寬的一半。

而對線性調(diào)頻信號施加調(diào)頻斜率不同的移頻干擾時，干擾信號中與匹配濾波器不匹配的那部分不能通過匹配濾波器輸出，尤其當(dāng)調(diào)頻斜率與信號差別較大時，不能形成有效干擾。

(4) 接收雷達發(fā)射的信號經(jīng)過延時后再轉(zhuǎn)發(fā)給雷達，只要信號在幾個周期內(nèi)參數(shù)不變，這種干擾方式就能起到很好的干擾效果。

參 考 文 獻

［1］馬銀玲，田忠.脈壓雷達抗干擾性能研究[D].成都:電子科技大學(xué)，2005.

［2］史林，彭燕，楊萬海.脈沖壓縮雷達干擾仿真分析[J].現(xiàn)代雷達，2003(8):37-40.

［3］向敬成，張明友.雷達系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2001.

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作者簡介

張 斌 男，1981年出生，碩士研究生。研究方向為雷達干擾與抗干擾技術(shù)。

張英波 男，1967年出生，研究員，中船重工集團723所副總工程師。研究方向為電子對抗，雷達總體技術(shù)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。