安 濤，石遠(yuǎn)東，鄭繼剛

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

脈沖壓縮雷達(dá)采用寬脈沖發(fā)射來(lái)提高發(fā)射的平均功率，保證足夠的最大作用距離，而在接收時(shí)則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離和分辨能力之間的矛盾［1］。

脈沖壓縮雷達(dá)波形按調(diào)制規(guī)律不同可以分為線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)、非線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)、相位編碼脈沖壓縮信號(hào)和時(shí)間頻率編碼脈沖壓縮信號(hào)等［2］，而線性調(diào)頻（LFM）脈沖壓縮信號(hào)是應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)波形。一方面是因?yàn)長(zhǎng)FM脈沖壓縮信號(hào)是脈內(nèi)相干的，其頻率與時(shí)間之間的相關(guān)性使之具有大時(shí)寬帶寬積，這不僅較好地解決了雷達(dá)作用距離與距離分辨力的矛盾，而且使與雷達(dá)發(fā)射波形不匹配的干擾信號(hào)不能得到相應(yīng)的處理增益，大大提高了雷達(dá)的抗干擾能力；另一方面是因?yàn)長(zhǎng)FM脈沖壓縮信號(hào)具有良好的兼容性，可以與其它體制雷達(dá)（如脈沖多普勒雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、合成孔徑雷達(dá)等）兼容使用，例如以美國(guó)“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)和X波段雷達(dá)為代表的一類雷達(dá)都采用了LFM脈沖壓縮波形［3］。

對(duì)LFM脈沖壓縮雷達(dá)的干擾一直是電子戰(zhàn)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，近年來(lái)先后出現(xiàn)了卷積調(diào)制干擾、數(shù)字多時(shí)延干擾、間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾等新型的靈巧噪聲干擾樣式［4］。其中間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾不僅可以快速跟上雷達(dá)回波，而且實(shí)現(xiàn)了干擾機(jī)收發(fā)系統(tǒng)的全隔離，具有較好的干擾效果和工程實(shí)現(xiàn)性。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理

LFM脈沖壓縮雷達(dá)具有很高的壓縮比，對(duì)其采用噪聲壓制干擾難以取得功率上的優(yōu)勢(shì)，干擾效果有限，因此對(duì)LFM脈沖壓縮雷達(dá)的干擾主要采用基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）的相干干擾技術(shù)。移頻干擾是對(duì)LFM脈沖壓縮雷達(dá)進(jìn)行干擾的主要手段，它利用LFM脈沖壓縮雷達(dá)所具有的距離－多普勒耦合現(xiàn)象，在干擾機(jī)截獲的雷達(dá)信號(hào)上調(diào)制1個(gè)頻偏轉(zhuǎn)發(fā)給原雷達(dá)，對(duì)雷達(dá)進(jìn)行欺騙干擾。

但移頻干擾在工程實(shí)現(xiàn)上有很多缺點(diǎn)，其一是移頻量需要電子支援的支持，對(duì)電子戰(zhàn)偵察系統(tǒng)高度依賴；其二是因?yàn)橐祁l干擾需要干擾機(jī)工作在邊收邊發(fā)狀態(tài)下，這就對(duì)干擾機(jī)收發(fā)天線的隔離度提出了很高的要求，而在一些諸如彈載干擾機(jī)等對(duì)體積要求比較高的設(shè)備中，這種高隔離度是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

這就要求DRFM系統(tǒng)收發(fā)必須分時(shí)工作，而LFM脈沖壓縮雷達(dá)的脈沖寬度很寬，例如“愛(ài)國(guó)者”雷達(dá)常用的脈沖寬度有60μs、100μs等，利用全脈沖存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)，假目標(biāo)在距離上落后真目標(biāo)9km、15km，此時(shí)的干擾效果非常有限。前沿復(fù)制干擾雖然可以解決全脈沖存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)時(shí)間滯后太多的問(wèn)題，但是干擾信號(hào)的相干性比較差，功率利用率不高，干擾效果也非常有限。

而間歇采樣較好地解決了全脈沖存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)假目標(biāo)滯后太多和前沿復(fù)制干擾時(shí)相干性差的問(wèn)題，同時(shí)也解決了收發(fā)天線隔離度不夠的問(wèn)題，甚至在一些干擾機(jī)中，收發(fā)天線可以共用，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。

干擾機(jī)在接收到LFM脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)后，進(jìn)行采樣存儲(chǔ)其中的一小段后，立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)完成后再采樣存儲(chǔ)下一段，采樣存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直到雷達(dá)信號(hào)結(jié)束。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)可以表示為雷達(dá)信號(hào)和矩形脈沖信號(hào)的乘積。設(shè)矩形脈沖信號(hào)寬度為τ，重頻周期為T(mén)s，重復(fù)頻率fs為T(mén)s的倒數(shù)，則矩形脈沖信號(hào)p（t）為：

圖1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理框圖

傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)p（t）：

設(shè)LFM脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)為s（t），脈沖寬度為T(mén)，則干擾信號(hào)js（t）為：

若將LFM脈沖壓縮雷達(dá)匹配濾波器用h（t）表示，則真目標(biāo)回波信號(hào)通過(guò)脈沖壓縮后的輸出y（t）為：

干擾信號(hào)通過(guò)脈沖壓縮后的輸出j（t）為：

由式（5）可以看出，干擾信號(hào)的輸出由兩部分組成，式中第1項(xiàng)為主假目標(biāo)，第2項(xiàng)為次假目標(biāo)群，次假目標(biāo)群是將真目標(biāo)回波信號(hào)頻譜搬移到p（t）的各次諧波處。無(wú)論是主假目標(biāo)或次假目標(biāo)群，通過(guò)脈沖壓縮后的信號(hào)形式與真目標(biāo)通過(guò)脈沖壓縮后的信號(hào)形式相同，只是幅度上有改變而已，因此干擾信號(hào)可以起到很好的欺騙干擾效果。由于出現(xiàn)了假目標(biāo)群，該干擾還兼具遮蓋干擾的效果。

2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真分析

在接收天線和發(fā)射天線分開(kāi)的干擾機(jī)中，為了保證干擾機(jī)具有高的隔離度，間歇采樣脈寬τ最大為間歇采樣重頻周期的50%，即τ／Ts＝50%，τ／Ts也被稱為間歇采樣占空比。在接收天線和發(fā)射天線共用的干擾機(jī)中，由于開(kāi)關(guān)需要反應(yīng)時(shí)間，τ／Ts小于50%。因此選擇τ／Ts為50%和25%分別進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)比干擾信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)脈沖壓縮后的幅度，對(duì)干擾效果進(jìn)行分析。

雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻后，由射頻信號(hào)變?yōu)橹蓄l信號(hào)送DRFM進(jìn)行間歇采樣，設(shè)定中頻線性調(diào)頻信號(hào)中心頻率f0＝400MHz，帶寬B＝10MHz，脈寬T＝25μs，DRFM的采樣率為1 000MHz。假設(shè)干擾機(jī)所在平臺(tái)距離雷達(dá)11.25km，則回波信號(hào)脈沖壓縮后出現(xiàn)在75μs處，此目標(biāo)稱之為真目標(biāo)。取定τ分別為0.5μs和1μs，間歇采樣占空比分別為50%和25%，干擾信號(hào)幅度與真目標(biāo)回波幅度相等，經(jīng)過(guò)匹配濾波器后幅度進(jìn)行歸一化處理，取真目標(biāo)回波經(jīng)過(guò)匹配濾波器后幅度為1。仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 間歇采樣占空比τ／Ts＝50%的干擾效果

在以上的仿真中，虛線為真目標(biāo)，實(shí)線為假目標(biāo)。干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后形成了逼真的假目標(biāo)群，主假目標(biāo)幅度為真目標(biāo)幅度的τ／Ts倍，與式（5）的分析吻合。增大τ＝0.5μs時(shí)干擾信號(hào)的幅度為真目標(biāo)回波幅度的5倍，仿真結(jié)果如圖4所示，真目標(biāo)已完全淹沒(méi)在假目標(biāo)群中。

通過(guò)以上仿真可以看出，間歇采樣占空比τ／Ts較大時(shí)，主假目標(biāo)幅度比較大，但次假目標(biāo)群幅度下降比較快，干擾能量主要分布在主假目標(biāo)和一次假目標(biāo)上，因此有效利用的假目標(biāo)數(shù)量比較少。間歇采樣占空比τ／Ts較小時(shí)，形成了數(shù)量更多的假目標(biāo)群，且假目標(biāo)群幅度相差不大，干擾能量分布比較均勻，可用假目標(biāo)數(shù)量較多，干擾效果更好。

由于干擾信號(hào)相對(duì)于真目標(biāo)回波信號(hào)有寬度為τ的延時(shí)，因此主假目標(biāo)的位置由采樣寬度τ確定，即主假目標(biāo)滯后真目標(biāo)τ。假目標(biāo)之間的間距與τ／Ts是否為50%相關(guān)，當(dāng)τ／Ts不為50%時(shí)，假目標(biāo)之間間距為：

當(dāng)τ／Ts為50%時(shí)，主假目標(biāo)與一次假目標(biāo)的間距為Δt，但其它各次假目標(biāo)之間的間距為2Δt。由圖4可以看出，由于T和B固定，Ts越大，假目標(biāo)之間的間距越小。

圖4 干擾信號(hào)的幅度增大為真目標(biāo)回波幅度5倍時(shí)的干擾效果

3 硬件實(shí)現(xiàn)及性能測(cè)試

數(shù)字儲(chǔ)頻是電子戰(zhàn)有源干擾的核心部件。不論是在國(guó)外，還是在國(guó)內(nèi)，幾乎所有的干擾機(jī)都離不開(kāi)數(shù)字儲(chǔ)頻。對(duì)輸入模擬信號(hào)量化的方法主要有幅度取樣法和相位取樣法，分別稱為幅度取樣DRFM和相位取樣DRFM［5］。幅度取樣與相位取樣相比具有采樣率高、雜散抑制性好等特點(diǎn)，應(yīng)用更為廣泛。因此間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾采用幅度取樣DRFM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)框圖如圖5所示。

圖5 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾DRFM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

收發(fā)系統(tǒng)包括收發(fā)共用天線、開(kāi)關(guān)控制和功率放大模塊等。默認(rèn)狀態(tài)下天線切換到下變頻模塊接收雷達(dá)信號(hào)，下變頻模塊把射頻信號(hào)下變到中頻信號(hào)，一路送門(mén)限檢測(cè)模塊，一路送DRFM模塊；當(dāng)門(mén)限檢測(cè)模塊檢測(cè)到有雷達(dá)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)DRFM模塊開(kāi)始采樣和存儲(chǔ)；當(dāng)達(dá)到存儲(chǔ)寬度τ時(shí)，DRFM模塊停止采樣并把天線切換到上變頻模塊，同時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)的中頻雷達(dá)信號(hào)片段；轉(zhuǎn)發(fā)完畢后，天線切換到下變頻模塊，重復(fù)以上動(dòng)作。

寬帶DRFM模塊是整個(gè)干擾系統(tǒng)的核心，硬件電路集成了高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）等數(shù)／模混合電路。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，電磁兼容性必須充分考慮：

（1）板材選取。高速ADC、DAC模塊時(shí)鐘速度高達(dá)1GHz，數(shù)據(jù)速率也要達(dá)到0.5GHz，為了具有更好的信號(hào)完整性，DRFM模塊沒(méi)有采用普通的FR4印制板基材，而是采用介電常數(shù)比較小的高速ROGERS板材，同時(shí)精心設(shè)計(jì)疊層來(lái)滿足布線層單端線50Ω、差分100Ω的阻抗要求。

（2）傳輸線的鏡像層設(shè)計(jì)。共模電流是電磁干擾的主要源泉，在高速電路中，電流沿著阻抗最小的路徑流動(dòng)。為了減小共模電流，與傳輸線相鄰的地層作為傳輸線的鏡像層，為返回電流指定低阻抗的返回路徑。為了使形成的閉合回路面積最小，嚴(yán)禁傳輸線跨越鏡像層的溝槽地帶。

（3）傳輸線的抗串?dāng)_設(shè)計(jì)。單端傳輸線使用3－W走線原則，即傳輸線間距至少是傳輸線寬度的3倍。差分對(duì)間的間距應(yīng)大于2根差分傳輸線間距的2倍。

（4）傳輸線的等長(zhǎng)設(shè)計(jì)。ADC和DAC的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線應(yīng)盡量等長(zhǎng)，且走向相同，不但保證了數(shù)據(jù)線之間的延時(shí)相同，而且保證了數(shù)據(jù)線的容值也相同，有利于數(shù)據(jù)的鎖存和時(shí)序的調(diào)整。

（5）時(shí)鐘信號(hào)和模擬信號(hào)設(shè)計(jì)。時(shí)鐘信號(hào)輸入采用單端輸入差分輸出時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路，模擬信號(hào)利用變壓器進(jìn)行單端信號(hào)和差分信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)進(jìn)行阻抗變換。

（6）電源設(shè)計(jì)。模塊內(nèi)部電源通過(guò)磁珠與外部電源進(jìn)行隔離，開(kāi)關(guān)電源的電源、地和其它電源也要隔離，高速ADC和DAC的電源采用線性電源。高速器件的電源濾波電容必須就近放置，不但提供濾波作用，而且為高速器件提供穩(wěn)定的電源容量。

通過(guò)以上措施，寬帶DRFM具有很好的電磁兼容性，經(jīng)過(guò)測(cè)試，1GHz、8位幅度采樣的DRFM模塊在50～450MHz頻段內(nèi)雜散抑制大于45dBc。分別取τ＝0.5μs，Ts＝2μs和τ＝1μs，Ts＝4μs進(jìn)行中頻信號(hào)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的測(cè)試，測(cè)試干擾時(shí)序圖和干擾頻譜如圖6和圖7所示。在干擾時(shí)序圖中，上面的通道為中頻雷達(dá)信號(hào)，中心頻率400MHz，帶寬10MHz，脈寬25μs，下面的通道為中頻干擾信號(hào)。

圖6 ＝0.5μs，Ts＝2μs干擾時(shí)序圖和干擾頻譜圖

圖7 τ＝1μs，Ts＝4μs干擾時(shí)序圖和干擾頻譜圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理，對(duì)基于間歇采樣的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)干擾進(jìn)行了仿真和分析，仿真結(jié)果表明該干擾樣式能快速跟上雷達(dá)回波，產(chǎn)生的假目標(biāo)群與真目標(biāo)回波相同，只是幅度有所減小，增大了干擾功率，具有較好的干擾效果。工程上以1GHz采樣為例進(jìn)行了性能測(cè)試，后續(xù)設(shè)計(jì)了2GHz和4GHz采樣率的DRFM模塊，取得了不錯(cuò)的性能指標(biāo)。

［1］張明友，汪學(xué)剛.雷達(dá)系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［2］羅軍輝，羅勇江，白義臣，龐娜.MATLAB7.0在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用［M］.北京：械工業(yè)出版社，2005.

［3］劉忠.基于DRFM的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)干擾新技術(shù)［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.

［4］陳秋東.靈巧噪聲干擾的仿真研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2007.

［5］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.