盧巖輝, 楊曉飛, 劉凱

（上海無(wú)線(xiàn)電設(shè)備研究所,上海 200090）

欺騙式卷積干擾的DRFM實(shí)現(xiàn)方法

盧巖輝, 楊曉飛, 劉凱

（上海無(wú)線(xiàn)電設(shè)備研究所,上海 200090）

結(jié)合線(xiàn)性調(diào)頻脈壓體制雷達(dá)的特點(diǎn)和數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)（DRFM）的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了一種基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)的卷積干擾生成方法,并在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列器件中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。文中論述了DRFM的工作原理和卷積干擾可行的理論分析,同時(shí)給出了卷積干擾算法的實(shí)現(xiàn)方法。最后,通過(guò)自建的仿真試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并分析了試驗(yàn)結(jié)果。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器；卷積干擾；線(xiàn)性調(diào)頻；雷達(dá)對(duì)抗

0 引言

脈沖線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)是現(xiàn)代雷達(dá)常用的一種信號(hào)形式,發(fā)射時(shí)雷達(dá)通過(guò)發(fā)射寬脈沖實(shí)現(xiàn)足夠大的作用距離,接收時(shí)雷達(dá)將寬脈沖回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理形成窄脈沖,提高了雷達(dá)的距離分辨率,有效解決了雷達(dá)脈沖峰值功率受限與距離分辨率之間的矛盾[1]。

另外,線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的脈壓處理,使回波信號(hào)獲得高的處理增益,而對(duì)于雷達(dá)發(fā)射信號(hào)不匹配的干擾信號(hào)則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用,提升了雷達(dá)的抗干擾能力[2]。

對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)的干擾樣式研究較多,主要包括遮蓋性和欺騙性干擾兩類(lèi)。欺騙式卷積干擾的主要工作原理是彈載干擾設(shè)備截獲雷達(dá)信號(hào)后與視頻信號(hào)卷積,經(jīng)放大后轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)脈沖壓縮體制雷達(dá)形成干擾,屬于應(yīng)答式干擾,是對(duì)付線(xiàn)性調(diào)頻脈壓雷達(dá)的一種有效方法[3]。

采用FPGA作為主控電路設(shè)計(jì)的數(shù)字射頻存儲(chǔ)電路（DRFM）具有信號(hào)處理便利、迅速的優(yōu)點(diǎn),能夠快速生成和轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)。依據(jù)DRFM的新近研發(fā)現(xiàn)狀,本文提出了一種基于DRFM的卷積干擾樣式生成技術(shù),用于對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)實(shí)施電子干擾。

1 卷積干擾信號(hào)原理

設(shè)線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)為

式中：f0為載頻；μ=B/Tp為調(diào)頻斜率,B為譜寬,Tp為時(shí)寬。

彈載干擾設(shè)備位于目標(biāo)上,與探測(cè)雷達(dá)的距離為r。假設(shè)目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo),反射強(qiáng)度為σ,則目標(biāo)的響應(yīng)函數(shù)為

其中：

式中：c為光速。則目標(biāo)回波信號(hào)為

彈載干擾設(shè)備接收到雷達(dá)照射信號(hào)后,用一個(gè)調(diào)制信號(hào)f（t）與接收信號(hào)卷積后轉(zhuǎn)發(fā),即生成的干擾信號(hào)為

線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)接收機(jī)中的脈沖壓縮實(shí)質(zhì)上是一個(gè)匹配濾波器,那么其輸入信號(hào)為

分別設(shè)s（t）,r（t）,f（t）和u（t）的頻譜為S（f）,R（f）,F（f）和U（f）,則

則經(jīng)接收機(jī)匹配濾波器處理后輸出的頻譜為

與式（7）對(duì)應(yīng)的時(shí)域輸出為

式中：F-1[|S（f）|2]稱(chēng)為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)[4]。由式（8）可知,脈壓輸出信號(hào)中目標(biāo)回波信號(hào)取決于目標(biāo)的反射特性r（t）,干擾信號(hào)則取決于參與卷積的調(diào)制信號(hào)f（t）。

綜上可知,調(diào)制信號(hào)只要選取為沖擊脈沖串就可以便捷地產(chǎn)生假目標(biāo)構(gòu)成欺騙干擾[5]。

2 卷積干擾算法實(shí)現(xiàn)

卷積干擾是對(duì)付線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮體制雷達(dá)的一種有效手段[6]。由于干擾信號(hào)只取決于參與卷積的調(diào)制信號(hào)f（t）,可以通過(guò)選取不同的調(diào)制信號(hào)形式來(lái)獲得不同的干擾效果,如脈沖串可以產(chǎn)生假目標(biāo)欺騙干擾和視頻噪聲可以產(chǎn)生噪聲遮蓋性干擾效果。本文基于FPGA設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)卷積干擾,并選取脈沖串作為調(diào)制信號(hào)f（t）。

依據(jù)最終期望的欺騙干擾效果,可以通過(guò)設(shè)計(jì)脈沖串的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)調(diào)制信號(hào)f（t）為N個(gè)存在時(shí)延的脈沖組成的脈沖串,可以表示為

式（9）的物理意義是信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)系統(tǒng)的N次ti延時(shí)。接收到的雷達(dá)信號(hào)與式（9）的調(diào)制信號(hào)f（t）做卷積處理后,相當(dāng)于將雷達(dá)的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)分別位移了N次,卷積結(jié)果可視為N個(gè)時(shí)延不同的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的疊加。

通過(guò)上述分析,卷積干擾的FPGA實(shí)現(xiàn)是對(duì)靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM中讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積延時(shí)操作。

在具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上采用寄存器流水線(xiàn)方式,對(duì)并行數(shù)據(jù)進(jìn)行一定延時(shí)τ后,再并行做加法操作,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。選取不同的延時(shí)τ時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的干擾效果,如取相同的延時(shí)τ,會(huì)產(chǎn)生位置間隔固定的假目標(biāo),選擇不同延時(shí)τ值,則會(huì)產(chǎn)生位置間隔不固定的目標(biāo),需要依據(jù)期望達(dá)到的干擾效果選取和設(shè)計(jì)延時(shí)值。期望產(chǎn)生的假目標(biāo)數(shù)也取決于延時(shí)間隔τ,比如在延時(shí)間隔相同的情況下,一個(gè)雷達(dá)重復(fù)周期內(nèi)最多可以產(chǎn)生Tpf/τ個(gè)假信號(hào),對(duì)方雷達(dá)脈壓處理后將產(chǎn)生Tpf/τ個(gè)點(diǎn)跡。為有效覆蓋和掩護(hù)真實(shí)目標(biāo),實(shí)戰(zhàn)中往往通過(guò)生成足夠多的點(diǎn)跡來(lái)達(dá)到欺騙干擾的目的。

圖1 卷積算法結(jié)構(gòu)圖

3 DRFM設(shè)計(jì)

DRFM的工作原理是對(duì)變頻處理后的雷達(dá)射頻回波信號(hào)進(jìn)行直接采樣存儲(chǔ),保存了雷達(dá)原始信號(hào)的幅度和相位信息,使得存儲(chǔ)信號(hào)與原始信號(hào)具有相干性,具有相參捕獲及高精度復(fù)制威脅信號(hào)的能力[6]。

DRFM基本組成框圖如圖2所示。經(jīng)變頻處理后的中頻回波信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣后以低壓差分信號(hào)（LVDS）電平方式形成高速數(shù)據(jù)流,在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）同步隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）讀寫(xiě)控制邏輯的控制下,高速數(shù)據(jù)存入SRAM器件中。

當(dāng)需要讀出和生成干擾信號(hào)時(shí),FPGA將SRAM中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀出到FPGA內(nèi)并進(jìn)行干擾調(diào)制處理,最后將干擾信號(hào)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器件（DAC）中。

圖2 DRFM基本組成框圖

4 仿真結(jié)果與分析

為了測(cè)試基于DRFM卷積干擾技術(shù)生成方法的實(shí)際效果,建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬如圖3所示的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖3所示場(chǎng)景中,雷達(dá)模擬器接收回波信號(hào)和施放LFM信號(hào),DRFM完成雷達(dá)信號(hào)的采集和卷積干擾處理并施放干擾,最終通過(guò)雷達(dá)模擬器來(lái)觀察實(shí)際的干擾效果。仿真雷達(dá)參數(shù)設(shè)置為脈寬為4μs,帶寬為50 MHz,載頻為250 MHz,重頻8 000 Hz。試驗(yàn)?zāi)M獲得4個(gè)假目標(biāo),即設(shè)計(jì)4個(gè)延時(shí)單元。采用信號(hào)源生成線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào),如圖4所示。

圖3 試驗(yàn)平臺(tái)模擬的應(yīng)用場(chǎng)景

圖4 線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)

在脈沖同步信號(hào)控制下,數(shù)字射頻存儲(chǔ)電路對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ),然后在DRFM的FPGA內(nèi)部進(jìn)行卷積計(jì)算處理,卷積調(diào)制的干擾信號(hào)由DRFM板上的數(shù)模器件生成模擬信號(hào)。雷達(dá)模擬器采樣雷達(dá)回波和干擾信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行脈壓處理。

利用Xilinx公司ISE中的ChipScope pro analyzer分析軟件觀察結(jié)果,脈壓前后的波形如圖5和圖6所示。

圖5 信號(hào)卷積延時(shí)4次的FPGA脈壓前結(jié)果

圖5和6中可以分析出脈沖卷積干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)信號(hào)會(huì)滯后于目標(biāo)回波信號(hào)。如果需要在回波前產(chǎn)生假目標(biāo),可以依據(jù)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的頻移與時(shí)延的耦合關(guān)系,先將回波信號(hào)做移頻處理再與視頻信號(hào)做卷積。另外,假目標(biāo)的個(gè)數(shù)受到線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)寬約束。

圖6 信號(hào)卷積延時(shí)4次FPGA脈壓后結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

卷積干擾是作為一種應(yīng)答式干擾,彈載干擾設(shè)備在接收到雷達(dá)發(fā)射信號(hào)后就可以與某種視頻信號(hào)卷積完成干擾調(diào)制,無(wú)需測(cè)頻放大轉(zhuǎn)發(fā)后就可對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)實(shí)施有效的欺騙干擾。

數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)正好具備高速采樣、數(shù)據(jù)暫存和模擬輸出的能力,滿(mǎn)足了卷積干擾的應(yīng)用需求,是一種有效的技術(shù)實(shí)施載體。兩者的結(jié)合可以對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)實(shí)施有效的電子干擾。

[1] George W.Stimson（著）,吳漢平,等（譯）.機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)論[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

[2] 肖海泉,李敬輝,李仙茂,等.對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的干擾研究與仿真分析[J].電子信息對(duì)抗技術(shù),2008,23（6）：36-41.

[3] 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,2012.

[4] 保錚,刑孟道,王彤.雷達(dá)成像技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

[5] 張煜,楊紹全.對(duì)線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)的卷積干擾技術(shù)[J].電子與信息學(xué)報(bào),2007,29（6）：1408-1411.

[6] 包飛.DRFM系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué), 2006.

The Digital Radiofrequency Memory Implemention Method of Deception Convolution Jamming

LU Yan-hui1, YANG Xiao-fei, LIU Kai
（Shanghai Radio Equipment Research Institute,Shanghai 200090,China）

Combine linear frequency modulation pulse compressed radar features with digital radiofrequency memory（DRFM）technology's evolution,a convolution jamming technique based on DRFM was introduced.It was implemented in field program gate array device.How DRFM and convolution jamming work were described by theory in the paper. How to implement in FPGA was also referred.Lastly,a test-bed was made to verify the technique and test results were analyzed.

digital radiofrequency momory；convolution jamming；linear frequency；radar countermeasure

TN974

A

1671-0576（2014）02-0018-04

2012-09-11

盧巖輝（1977-）,男,高級(jí)工程師,碩士,主要從事雷達(dá)導(dǎo)引頭電子對(duì)抗與測(cè)試技術(shù)研究。