梅勇兵

線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)部分相參干擾性能分析?

梅勇兵

（中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

針對(duì)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)部分相參干擾信號(hào)參數(shù)設(shè)計(jì)的問題，在線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)移頻干擾和部分截取干擾的基礎(chǔ)上，建立了一般化的線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)部分相參干擾模型，通過理論推導(dǎo)和計(jì)算機(jī)仿真分析了部分相參干擾信號(hào)參數(shù)對(duì)功率損失、距離移動(dòng)、脈壓主瓣寬度等干擾性能的影響，分析結(jié)果表明：功率損失、脈壓主瓣寬度由頻移量和截取長度共同決定，隨截取長度的增大而減小，隨頻移量的增大而增大；距離移動(dòng)僅由頻移量決定，與截取部分無關(guān)。分析結(jié)果為部分相參干擾信號(hào)參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

脈壓雷達(dá)；線性調(diào)頻；部分相參；干擾性能分析

1 引言

線性調(diào)頻雷達(dá)的脈壓匹配濾波技術(shù)對(duì)一般的噪聲干擾有比較好的抑制效果，因此對(duì)線性調(diào)頻雷達(dá)的干擾多采用相參壓制的干擾方式［1］。

實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)主要實(shí)施的是基于移頻［2］和部分截?。?］的部分相參干擾。干擾信號(hào)與真實(shí)目標(biāo)信號(hào)存在移頻，有3個(gè)方面的因素：一是由于為了對(duì)干擾形成的假目標(biāo)進(jìn)行距離補(bǔ)償，人為給干擾信號(hào)疊加頻移而導(dǎo)致的；二是由于干擾源與真實(shí)目標(biāo)存在多普勒頻移差而又無法精確補(bǔ)償；三是干擾源自身器件導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)頻率偏移。干擾信號(hào)的脈沖不完整也是實(shí)際需要引起的，為了跟蹤上線性調(diào)頻雷達(dá)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)相參干擾，無論是數(shù)字射頻存儲(chǔ)（DRFM）［4］還是數(shù)字化干擾源（JDS）方式都需要時(shí)間開窗去監(jiān)視目標(biāo)信號(hào)，由于時(shí)間上的沖突導(dǎo)致干擾信號(hào)只是雷達(dá)脈沖信號(hào)的一部分。另外，文獻(xiàn)［3］提出可以截取雷達(dá)信號(hào)的一部分進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，用來解決對(duì)寬脈寬信號(hào)進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)假目標(biāo)之間間距過大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的干擾效果，需要對(duì)移頻干擾的頻移量和部分截取的截取長度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［2］分析了頻移量與脈壓距離移動(dòng)之間的關(guān)系，文獻(xiàn)［3］分析了部分截取干擾截取長度與功率損失的關(guān)系。

實(shí)際上，線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)部分相參干擾還應(yīng)該關(guān)注下面3個(gè)方面的內(nèi)容：一是頻移量除了導(dǎo)致脈壓距離變化外，是否會(huì)帶來脈壓功率損失，是否會(huì)導(dǎo)致脈壓主瓣寬度擴(kuò)展，部分截取除了會(huì)影響功率外，是否會(huì)導(dǎo)致脈壓寬度擴(kuò)展；二是實(shí)際應(yīng)用中，干擾信號(hào)往往既進(jìn)行部分截取又存在頻移，這種情況下，脈壓功率損失、距離移動(dòng)、脈壓主瓣寬度又有什么樣的影響；三是移頻干擾與部分截取在某些方面是否存在等效性。

針對(duì)上述關(guān)注的3個(gè)方面，本文首先建立線性調(diào)頻雷達(dá)部分相參干擾信號(hào)一般模型，然后推導(dǎo)出一般模型經(jīng)脈沖壓縮處理后的結(jié)果表達(dá)式，再對(duì)頻移量、截取長度等參數(shù)對(duì)脈壓結(jié)果的影響進(jìn)行分析，通過理論推導(dǎo)和計(jì)算機(jī)仿真分析說明部分相參干擾信號(hào)參數(shù)對(duì)脈壓結(jié)果的影響及相互間的關(guān)系。

2 部分相參干擾信號(hào)模型

線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)為

式中，A為信號(hào)幅度，T為脈沖寬度，ω0為載波中心角頻率，μ為調(diào)頻斜率，rect（·）定義為

根據(jù)文獻(xiàn)［5］，當(dāng)時(shí)寬-頻寬積TB足夠大時(shí)，線性調(diào)頻脈壓信號(hào)的頻譜可近似為

2.1 部分相參干擾信號(hào)

根據(jù)式（1）可知，線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的主要參數(shù)有調(diào)頻斜率μ、持續(xù)時(shí)間T和信號(hào)中心角頻率ω0。本文主要考慮調(diào)頻斜率一致而持續(xù)時(shí)間T或信號(hào)中心角頻率ω0不同的部分相關(guān)干擾。

若干擾信號(hào)載波中心角頻率為ω1，相對(duì)目標(biāo)回波存在頻移δ ω=ω1-ω0，則載波中心角頻率不一致的部分相參干擾信號(hào)可表示為

再對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行部分截取處理，得到的干擾信號(hào)為

2.2 部分相參干擾信號(hào)的頻譜

部分相參干擾信號(hào)的頻譜為

同式（2），當(dāng)時(shí)寬-頻寬積TB足夠大時(shí)，部分相參干擾信號(hào)的頻譜近似為

當(dāng)δ ω=0時(shí)，表達(dá)式（3）為對(duì)脈沖信號(hào)僅作截取處理的干擾信號(hào)；當(dāng)

3 部分相參干擾脈壓處理結(jié)果

根據(jù)匹配濾波原理，線性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)的匹配濾波器為

根據(jù)式（2）、（5），全相參線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)回波信號(hào)匹配濾波輸出為

根據(jù)式（4）、（5），同理式（6），部分相參干擾信號(hào)信號(hào)匹配濾波輸出為

令

則：

4 部分相參干擾性能分析

根據(jù)第3節(jié)的分析結(jié)果，下面對(duì)部分相參干擾與全相參干擾經(jīng)匹配濾波后在功率損失、距離移動(dòng)、脈壓主瓣寬度的差別進(jìn)行分析。

4.1 功率損失分析

比較式（6）、（7）可知：部分相參干擾與全相參干擾相比，功率變化由式（7）中系數(shù)項(xiàng)b-a與式（6）中系數(shù)項(xiàng)Δω的比值決定。

部分相參干擾與全相參干擾脈壓功率比為

頻移量和截取部分共同影響脈壓功率；僅作移頻處理時(shí)，脈壓功率損失比與頻移量的絕對(duì)值δ ω成正比。

根據(jù)前面假設(shè)，除去sp0（t）=0的情況外，非空區(qū)間［a，b］還有4種情況，下面進(jìn)一步討論這4種情況下頻移量、部分截取長度對(duì)功率損失的影響。

情況1對(duì)應(yīng)部分相參信號(hào)頻譜都落于全相參信號(hào)頻譜范圍內(nèi)的情形，包含全部不移頻僅作部分截取處理的部分相參干擾信號(hào)樣式。該情形下部分相參干擾匹配濾波后信號(hào)幅度為全相參干擾的，即通過匹配濾波后信號(hào)幅度與截取部分時(shí)域長度成正比。功率損失比為

情況2對(duì)應(yīng)截取的部分相參信號(hào)的低頻部分落于全相參信號(hào)頻譜范圍內(nèi)的情形。該情形下：匹配濾波后信號(hào)幅度隨頻移量的增大而變小，與頻移量δ ω和信號(hào)帶寬Δω的比值成反比；匹配濾波后信號(hào)幅度隨截取起始時(shí)間變大而變小，與起始時(shí)間和信號(hào)持續(xù)時(shí)間的比值成反比。

情況3對(duì)應(yīng)截取的部分相參信號(hào)的高頻部分落于全相參信號(hào)頻譜范圍內(nèi)的情形。該情形下：匹配濾波后信號(hào)幅度隨頻移量的增大而變大，與頻移量δ ω與信號(hào)帶寬Δω的比值成正比；匹配濾波后信號(hào)幅度隨截取起始時(shí)間變大而變大，與起始時(shí)間和信號(hào)持續(xù)時(shí)間的比值成正比。

4.2 距離移動(dòng)分析

根據(jù)式（7）知道，部分相參干擾的距離移動(dòng)完全決定，而與截取處理沒有關(guān)系。在沒有提前發(fā)射和延時(shí)發(fā)射的情況下，距離移動(dòng)量由決定。

當(dāng)載波中心角頻率增大時(shí)，干擾信號(hào)形成的假目標(biāo)距離比干擾源實(shí)際所在的位置距離短，縮短量電磁波傳播速度。當(dāng)載波中心角頻率變小時(shí)，干擾信號(hào)形成的假目標(biāo)距離比干擾源實(shí)際所在的位置距離長，距離增加量為為電磁波傳播速度。

4.3 脈壓主瓣寬度分析

4.4 移頻與截取功率對(duì)比分析

對(duì)比分析可知，當(dāng)頻移量δ ω與線性調(diào)頻信號(hào)帶寬Δω的比值和截取丟掉部分與整個(gè)信號(hào)時(shí)間長度比例相等時(shí)，，移頻與截取干擾功率損失一樣。從另外一個(gè)角度理解即是匹配濾波后脈壓信號(hào)強(qiáng)度與干擾信號(hào)頻譜落入全相參信號(hào)頻譜范圍內(nèi)的比例成正比。

5 仿真分析

設(shè)線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)信號(hào)參數(shù)為：載波中心頻率f0為10 MHz，調(diào)頻信號(hào)帶寬B為2 MHz，線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)間長度T為10μs，回波信號(hào)延時(shí)90μs。

5.1 頻移量仿真

分別對(duì)頻移量為1.3 MHz、0.8 MHz、0 MHz、-1 MHz、-1.5 MHz的干擾信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，不同頻移量的干擾信號(hào)頻譜如圖1所示，匹配濾波后的結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)4.1、4.2節(jié)分析結(jié)果，計(jì)算頻移量為1.3 MHz、0.8 MHz、0 MHz、-1 MHz、-1.5 MHz的干擾信號(hào)與正常回波信號(hào)經(jīng)匹配濾波后在幅度上的比值以及出現(xiàn)峰值時(shí)間差，理論計(jì)算值與仿真值對(duì)比如表1～3所示。

通過圖1可知，利用對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)疊加頻移的方法可以實(shí)現(xiàn)壓縮距離的前移或后移，前移或后移的距離由疊加的頻移量決定，頻移量大則距離移動(dòng)大；其功率損失與頻移量成正比，頻移量越大則功率損失越大；同時(shí)，移頻會(huì)帶來脈壓主瓣寬度的擴(kuò)展。

表2和表3的結(jié)果表明了移頻干擾中頻移量與功率損失以及移動(dòng)距離的關(guān)系，理論分析與實(shí)際仿真結(jié)果是一致的。

5.2 部分截取仿真

（1）不同截取部分仿真

分別截取線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的前1／3、中間1／3和后1／3作為干擾信號(hào)，進(jìn)行匹配濾波處理，進(jìn)行相同截取長度、不同起始的部分截取干擾信號(hào)的結(jié)果仿真比較分析。仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

（2）不同截取長度仿真

分別截取線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的4／5、3／4、2／3作為干擾信號(hào)，通過匹配濾波處理比較相同起始、不同截取長度干擾信號(hào)的效果。仿真結(jié)果如圖6所示。

由圖4和圖6的仿真結(jié)果可知：脈壓結(jié)果的幅度主要與截取的脈沖信號(hào)的長度有關(guān)，而與截取的起始沒有關(guān)系；脈壓距離偏移主要與轉(zhuǎn)發(fā)處理延時(shí)、距離延時(shí)相關(guān)，與截取部分、截取長度沒有關(guān)系；同時(shí)截取越短，則脈壓主瓣寬度擴(kuò)展越大。仿真結(jié)果與第4節(jié)分析結(jié)果一致。

5.3 移頻與截取功率比較

選取對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)分別移頻0.5 MHz、-0.5 MHz的干擾信號(hào)與截取線性調(diào)頻脈沖信號(hào)前3／4的干擾信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，仿真結(jié)果如圖7所示。

由圖7結(jié)果可知：當(dāng)頻移量占信號(hào)帶寬比例（仿真中0.5 MHz／2 MHz=1／4）與截取丟掉部分占整個(gè)脈沖時(shí)間比例（仿真中1-3／4=1／4）相等時(shí)，兩種干擾樣式的功率損失是一樣的，與4.4節(jié)理論分析結(jié)果一致。

5.4 存在頻移的部分截取信號(hào)仿真

選取線性調(diào)頻脈沖信號(hào)移頻0.5 MHz的干擾信號(hào)、截取線性調(diào)頻脈沖信號(hào)前3／4的干擾信號(hào)、線性調(diào)頻脈沖信號(hào)移頻-0.5 MHz并截取前3／4的干擾信號(hào)，對(duì)3種部分相參干擾信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，仿真結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知：既移頻又截取的干擾信號(hào)，脈壓結(jié)果受移頻和截取雙重影響。功率損失由頻移量、截取部分共同影響，距離移動(dòng)由頻移量決定，與第4節(jié)理論分析結(jié)果一致。

6 結(jié)束語

本文建立了線性調(diào)頻脈壓雷達(dá)部分相參干擾的一般化模型，包含移頻干擾和部分截取干擾作為其特例；給出了部分相參干擾信號(hào)頻移量與脈壓功率損失之間定量關(guān)系，以及頻移量與部分截取長度與脈壓主瓣寬度擴(kuò)展之間定性的關(guān)系；給出了脈壓功率損失相當(dāng)時(shí)，部分截取長度與頻移量之間的定量關(guān)系。本文的研究結(jié)果為部分相參干擾信號(hào)參數(shù)設(shè)計(jì)和干擾效果評(píng)估提供了依據(jù)。

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LI Yang.Research of active jamming to LFM Pulse compression Radar［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2010.（in Chinese）

［5］中航雷達(dá)與電子設(shè)備研究院.雷達(dá)系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

The Institute of Radar and Avionics of A VIC.Radar System［M］. Beijing：National Defense Industry Press，2005.（in Chinese）

Performance Analysis of Partial Correlation Jamming to LFM Pulse-compression Radar

MEI Yong-bing
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

To design the parameters of partial coherent jamming signal，a uniform model of partial coherent jamming to linear frequency modulation（LFM）pulse-compression radar is built based on frequency-shifting jamming and part copied jamming.Then，the influence of partial coherent jamming on power loss，difference of distance and width of main lobe are analysed by theoretical derivation and computer simulation.The results show that the power loss and the width of main lobe increase with shift frequency increasing and reduce with the length of copied signal，the difference of distance is only presented by shift frequency.The results provide theoretical reference for parameters design.

pulse-compression radar；linear frequency modulation；partial coherent；performance analysis

the M.S.degree from Sichuan University in 2005.He is now an engineer.His research concerns signal processing and electronic warfare.

1001-893X（2012）07-1137-06

2012-03-05；

2012-05-11

TN974

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.07.018

梅勇兵（1979—），男，湖北新洲人，2005年于四川大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)處理與電子對(duì)抗。

Email：meiybmail＠sina.com

MEI Yong-bing was born in Xinzhou，Hubei Province，in 1979.He