韓 軻，王福紅，王建龍

(西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安 710071)

相對(duì)早期非相參體制的雷達(dá)，許多干擾機(jī)采用簡(jiǎn)單的壓制干擾［1］，如噪聲壓制干擾，及簡(jiǎn)單的延遲轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾。然而隨著雷達(dá)新技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的抗干擾性能越來(lái)越好，使得這種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法收效甚微。相參雷達(dá)，尤其是相參火控雷達(dá)和相參制導(dǎo)、末制導(dǎo)雷達(dá)的出現(xiàn)，留給雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間極為短暫，如何采取迅速、準(zhǔn)確、有效的對(duì)抗措施，是雷達(dá)對(duì)抗面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在這種情況下，作為雷達(dá)干擾技術(shù)，數(shù)字干擾合成(DJS)越來(lái)越多的重視。在理想情況下，DJS的核心技術(shù)是怎樣產(chǎn)生合適的f0以及正交波形數(shù)據(jù)，這是近年來(lái)DJS技術(shù)研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。本文是基于DJS干擾技術(shù)而提出的，具體討論DJS壓制干擾快速生成技術(shù)的方法和實(shí)現(xiàn)。

1 DDS基本原理

DDS在數(shù)字干擾合成技術(shù)中具有重要作用，其作用是產(chǎn)生數(shù)字干擾合成技術(shù)當(dāng)中的正交載頻。DDS從本質(zhì)上說(shuō)，是由設(shè)置的二進(jìn)制控制字對(duì)參考時(shí)鐘做除法運(yùn)算，其控制字一般為24～48位字長(zhǎng)?？烧J(rèn)為DDS就是數(shù)字信號(hào)處理理論的延伸，是數(shù)字信號(hào)中信號(hào)合成的硬件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

DDS包括數(shù)字控件和模擬控件兩部分。主要由相位累加器、ROM查詢(xún)表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC和低通濾波器LPF構(gòu)成。DDS的基本結(jié)構(gòu)［2］如圖1所示。其中，K為頻率控制字;fc為時(shí)鐘頻率;N為相位累加器字長(zhǎng);D為ROM數(shù)據(jù)位數(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)。相位累加器在時(shí)鐘fc的控制下，以步長(zhǎng)K作累加，輸出N位二進(jìn)制碼作為頻率或波形ROM的地址，并對(duì)其進(jìn)行尋址，頻率或波形ROM輸出的幅值碼S(n)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后再經(jīng)過(guò)LPF輸出。同時(shí)，可根據(jù)不同的需求改變ROM表的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)任意頻率或者波形的產(chǎn)生。

圖1 DDS基本原理框圖

DDS具有以下特點(diǎn):DDS的頻率分辨率在相位累加器的位數(shù)N足夠大時(shí)，理論上可以獲得相應(yīng)的分辨精度，傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn);DDS是一個(gè)全數(shù)字結(jié)構(gòu)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)反饋環(huán)節(jié)，因此速度快，一般在毫微秒量級(jí);DDS的相位誤差主要依賴(lài)于時(shí)鐘的相位特性，相位誤差小。另外，DDS的相位是連續(xù)變化的，形成的信號(hào)具有良好的頻譜，是傳統(tǒng)直接頻率合成方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

2 DJS基本原理以及組成

DJS作為一種基于波形合成的干擾技術(shù)，其基本特點(diǎn)是將所有需要產(chǎn)生數(shù)字基帶干擾信號(hào)x(n)=I(n)+jQ(n)，n=0，1，…的波形都預(yù)存于大容量的存儲(chǔ)器中，由于其直接產(chǎn)生基帶干擾數(shù)字信號(hào)，所以相較于數(shù)字射頻存儲(chǔ)過(guò)程省去了由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。此外，生成的基帶信號(hào)也省去了在DRFM處理前端時(shí)利用本振將雷達(dá)信號(hào)從射頻轉(zhuǎn)化到基帶的過(guò)程，大大減少了處理時(shí)間。DJS的樣本并不一定是實(shí)時(shí)采樣信號(hào)，可事先將復(fù)雜干擾調(diào)制的數(shù)字波形合成后存儲(chǔ)。對(duì)典型的雷達(dá)信號(hào)，例如線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)、相位編碼信號(hào)等，往往預(yù)先針對(duì)其特性以及部分參數(shù)存儲(chǔ)好相應(yīng)的雷達(dá)干擾信號(hào)，這樣就可對(duì)應(yīng)多雷達(dá)目標(biāo)和高分辨成像雷達(dá)。在雷達(dá)信號(hào)需要進(jìn)行干擾輸出時(shí)，DJS按照給定的時(shí)鐘頻率fck將其讀出送給正交DAC，形成正交模擬視頻信號(hào)I(t)和Q(t)，再與頻率為f0的正交本振信號(hào)，經(jīng)過(guò)正交上變頻，成為需要的射頻干擾信號(hào)J(t)。

DJS的基本硬件組成如圖2所示。

圖2 DJS基本硬件組成

2.1 典型的壓制干擾

假設(shè)已知一種雷達(dá)信號(hào)s(t)為或其頻譜s(ω)，由于s(t)滿(mǎn)足一般窄帶信號(hào)的條件，可寫(xiě)為

根據(jù)雷達(dá)干擾的基本原理，在已知雷達(dá)信號(hào)譜寬Δωr和譜中心ω0的條件下，具有最大熵的壓制干擾功率譜是譜中心仍為ω0、譜寬為Δωr的射頻噪聲，此時(shí)的干擾信號(hào)能量可以全部進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，并成為理想的接收機(jī)內(nèi)噪聲。由此可知，DJS/AWG干擾的I(t)，Q(t)應(yīng)為譜寬Δωr的正交高斯噪聲，變頻本振的中心頻率應(yīng)為ω0。

由于該基帶噪聲只需要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置譜寬，且常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)帶寬的分布范圍較小，完全可以預(yù)先準(zhǔn)確地計(jì)算產(chǎn)生并存儲(chǔ)，再通過(guò)對(duì)讀出時(shí)鐘頻率fck或讀出數(shù)據(jù)地址增量ΔA的控制達(dá)到譜寬與雷達(dá)接收機(jī)帶寬的匹配，從而縮短數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間。

其中，Δωj是在fck時(shí)鐘頻率下，數(shù)據(jù)讀出地址增量ΔA=1時(shí)的基帶干擾噪聲譜寬;Δ是在f'ck時(shí)鐘頻率下，數(shù)據(jù)讀出地址增量ΔA時(shí)的基帶干擾噪聲譜寬。

2.2 DJS壓制干擾波形的產(chǎn)生

如果不考慮上變頻器件的帶寬限制，DJS干擾的帶寬主要取決于基帶信號(hào)的帶寬，由于它是來(lái)自正交數(shù)字序列的D/A變換，所以理論上它的最大不模糊帶寬為數(shù)據(jù)讀取時(shí)鐘頻率，也就是一般DAC的工作頻率。DJS的核心技術(shù)是怎樣產(chǎn)生合適的f0以及正交波形數(shù)據(jù)，這也是近年來(lái)DJS技術(shù)研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。正交波形數(shù)據(jù)一般是在干擾之前預(yù)先準(zhǔn)備好的雷達(dá)干擾數(shù)據(jù)，或是在工作過(guò)程中有信號(hào)處理器根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)參數(shù)產(chǎn)生的有針對(duì)性的干擾波形數(shù)據(jù)。

設(shè)DAC的時(shí)鐘速率為fDAC，數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速率為 fDCI。則可設(shè)置的 NCO的頻率為0～0.5fDAC，而干擾信號(hào)的瞬時(shí)帶寬 ＜fDCO。一般這類(lèi)DAC的工作時(shí)鐘都較高，但是數(shù)據(jù)接口的時(shí)鐘速率相對(duì)較低，這樣就在一定程度上限制了信號(hào)瞬時(shí)帶寬的進(jìn)一步擴(kuò)展。一般情況下，輸入到DAC的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行先要經(jīng)過(guò)插值濾波，使數(shù)據(jù)的速率達(dá)到NCO的時(shí)鐘速率，然后經(jīng)過(guò)正交混頻實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，最后再由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。此種方式不僅省去了模擬上變頻器，而且通過(guò)對(duì)DAC寫(xiě)入相應(yīng)的控制值可以很方便地改變信號(hào)的載頻。如果DAC的輸出具有對(duì)第二和第三奈奎斯特區(qū)操作的能力，那么模擬信號(hào)的最高載頻又可以多提高DAC的時(shí)鐘頻率

圖3給出了用DJS方法合成射頻噪聲的結(jié)果。首先用混合同余法產(chǎn)生正交的基帶標(biāo)準(zhǔn)分布的高斯噪聲，然后將I、Q兩路各量化成10位存入存儲(chǔ)器中，再以一定的時(shí)鐘速率從存儲(chǔ)器讀出，從而產(chǎn)生譜寬50 MHz的帶限噪聲，其基帶譜如圖3(a)所示;然后送給DAC進(jìn)行16倍內(nèi)插，再上變頻到1.2 GHz射頻，得到的射頻噪聲譜如圖3(b)所示。

圖3 用DJS產(chǎn)生帶限射頻噪聲

從以上討論可以發(fā)現(xiàn)，使用改進(jìn)的DJS既方便控制又能保證信號(hào)質(zhì)量，而且還減少了設(shè)備量。所以，帶有正交調(diào)制器的DAC在數(shù)字干擾合成器中將有廣泛的應(yīng)用。

3 DJS壓制干擾在實(shí)際中的應(yīng)用

線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)［4］是常用的一種脈沖壓縮信號(hào)，它通過(guò)非線(xiàn)性相位調(diào)制或線(xiàn)性頻率調(diào)制(LFM)以獲得較大時(shí)寬帶寬積。采用這種信號(hào)的雷達(dá)，可同時(shí)獲得較遠(yuǎn)的作用距離和較高距離分辨力。以線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)為例，介紹數(shù)字干擾合成壓制干擾對(duì)該信號(hào)的干擾研究。

DJS射頻噪聲干擾采用的是數(shù)字噪聲調(diào)頻技術(shù)。它是將威脅信號(hào)Si(n)和Sq(n)當(dāng)作載波信號(hào)，然后在此之上進(jìn)行信號(hào)的調(diào)制和處理

其中，A(n)為服從瑞利分布的包絡(luò)序列;φ(n)為服從均勻分布的相位序列。其實(shí)現(xiàn)框圖如圖4所示。數(shù)字噪聲的實(shí)部對(duì)威脅信號(hào)的I、Q兩路信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制后求和形成調(diào)制后的I路信號(hào)(n)，數(shù)字噪聲的虛部對(duì)威脅信號(hào)的正交兩路信號(hào)(n)，數(shù)字噪聲的虛部對(duì)威脅信號(hào)的正交兩路信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制后求和，得到調(diào)制信號(hào)的Q路信號(hào)兩路信號(hào)再經(jīng)過(guò)D/A變換、上變頻及功率合成和波束形成，然后發(fā)射。

圖4 數(shù)字噪聲調(diào)制框圖

采用帶寬為50 MHz，方差為100、50的射頻噪聲做遮蓋性干擾。效果如圖5所示，其中，參數(shù)設(shè)置f0=1200 MHz，B=30 MHz，fs=200 MHz，τ=100 μs。

圖5 基于DJS的射頻噪聲干擾

由于利用了DJS快速生成射頻噪聲干擾，所以與傳統(tǒng)的射頻噪聲干擾方法相比，干擾效果有所改善。然而，和傳統(tǒng)方法一樣，因?yàn)樯漕l噪聲和雷達(dá)接收機(jī)中的匹配濾波器不匹配，所以當(dāng)通過(guò)匹配濾波器后，信號(hào)會(huì)有較大的功率損失。要達(dá)到滿(mǎn)意的干擾效果，必須增大干擾信號(hào)功率，由圖5可以看出，當(dāng)采用方差為100的射頻噪聲干擾信號(hào)時(shí)，有效的信號(hào)壓縮主峰已被完全遮蓋。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中以線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)為例，對(duì)數(shù)字干擾合成壓制干擾在其中的應(yīng)用做了闡述，并進(jìn)行了仿真。分析和仿真結(jié)果表明，DJS生成的射頻噪聲干擾，能夠快速地對(duì)LFM信號(hào)進(jìn)行有效干擾。

［1］ 趙國(guó)慶.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

［2］ 王建和.采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的頻率合成信號(hào)發(fā)生器［J］.電子技術(shù)，1997(1):30－32.

［3］ 李琳，張爾揚(yáng)，路軍.帶通信號(hào)的直接采樣理論［J］.通信學(xué)報(bào)，2003(4):139－144.

［4］ 朱燕，趙國(guó)慶.對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻脈壓雷達(dá)干擾方法的研究［J］.電子科技，2004(4):57－59.