呂亞昆,楊承志,李健偉,肖鵬

(空軍航空大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春　130022)

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對(duì)LFM雷達(dá)的間歇采樣累加干擾研究*

呂亞昆,楊承志,李健偉,肖鵬

(空軍航空大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130022)

摘要：間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾以及改進(jìn)的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾是對(duì)線性調(diào)頻雷達(dá)的有效干擾樣式，但其形成的假目標(biāo)幅度較小，能量損失較大。針對(duì)這些不足，提出了一種間歇采樣累加干擾，該方法通過將數(shù)字儲(chǔ)頻后離散采樣信號(hào)的幅值進(jìn)行累加，在獲得干擾幅度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的最大相干性。通過理論分析可知，信號(hào)脈內(nèi)周期性變化會(huì)對(duì)干擾信號(hào)產(chǎn)生影響，因此又通過對(duì)累加信號(hào)幅度較低部分進(jìn)行幅度倍乘和對(duì)間歇采樣信號(hào)取絕對(duì)值后累加，得到2種改進(jìn)方案：倍乘調(diào)整間歇采樣累加干擾和絕對(duì)值間歇采樣累加干擾。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)，證明了間歇采樣累加干擾是對(duì)線性調(diào)頻雷達(dá)的一種有效干擾，能夠產(chǎn)生較好的欺騙和覆蓋干擾效果，并且假目標(biāo)幅度較大，工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省功率。

關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻；間歇采樣；累加干擾；欺騙干擾

0引言

現(xiàn)代雷達(dá)體制普遍采用波形相干實(shí)現(xiàn)積累，對(duì)非相干干擾具有較強(qiáng)的抑制性。線性調(diào)頻信號(hào)由于具有大時(shí)寬帶寬積可以獲得較好的相干處理增益和較遠(yuǎn)的探測(cè)距離以及較好的距離分辨力，因此在現(xiàn)代多種雷達(dá)體制中有著廣泛應(yīng)用。由于LFM(linear frequency modulation)信號(hào)采用匹配濾波(脈沖壓縮)進(jìn)行信號(hào)處理，大大抑制了非相干干擾信號(hào)的進(jìn)入，使得傳統(tǒng)的干擾樣式干擾效果很差，因此對(duì)其干擾主要從相干干擾入手。

目前，對(duì)LFM信號(hào)的有效干擾方法主要集中在以DRFM(digital radio frequency memory)為基礎(chǔ)的各種干擾樣式，主要有移頻干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾和靈巧式干擾。文獻(xiàn)[1]分析了移頻干擾，此類干擾主要是通過對(duì)雷達(dá)信號(hào)附加移頻量實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的超前或延后，但是移頻量選取要適當(dāng)，否則會(huì)由于干擾信號(hào)和匹配接收機(jī)失配嚴(yán)重而無(wú)法達(dá)到較好的干擾效果，并且形成的假目標(biāo)容易被識(shí)別。文獻(xiàn)[2-6]分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾以及改進(jìn)的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾，此類干擾主要是解決對(duì)大時(shí)寬信號(hào)的干擾和天線分時(shí)復(fù)用的問題，通過間歇性存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)發(fā)部分信號(hào)以獲得干擾匹配增益，雖然可以形成覆蓋目標(biāo)的多假目標(biāo)，但是干擾信號(hào)幅度較小，假目標(biāo)分布較均勻，所需干擾功率較大。文獻(xiàn)[7-10]分析了靈巧式干擾方法，主要是將卷積調(diào)制與間歇采樣相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的覆蓋干擾效果，但需要事先存儲(chǔ)噪聲或者視頻信號(hào)，而且需要適當(dāng)選擇間歇采樣時(shí)間和卷積信號(hào)長(zhǎng)度，否則影響干擾信號(hào)的發(fā)射。文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]還分別提出了部分脈沖截取和全脈沖分段轉(zhuǎn)發(fā)干擾，但干擾效果一般，前者失配嚴(yán)重功率損失較大，后者需要對(duì)整個(gè)脈沖進(jìn)行存儲(chǔ)且形成的假目標(biāo)幅度較小，假目標(biāo)間距一樣容易被識(shí)別。

基于以上分析，本文提出了一種間歇采樣累加干擾方法。該方法可以充分利用間歇采樣和數(shù)字儲(chǔ)頻的優(yōu)點(diǎn)，在獲得信號(hào)的脈內(nèi)信息時(shí)，通過將信號(hào)每一個(gè)采樣點(diǎn)的幅度相加，以到達(dá)干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)相干，并獲得幅度優(yōu)勢(shì)。在簡(jiǎn)要分析間歇采樣干擾原理基礎(chǔ)上，給出了本文提出的間歇采樣累加干擾方法的具體理論分析以及仿真驗(yàn)證。

1間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾概述

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾[2-5]是指干擾機(jī)對(duì)截獲的大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào)高保真地采樣其中的一小段，再進(jìn)行處理調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)，然后再采樣、處理轉(zhuǎn)發(fā)下一段，采樣與轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直到雷達(dá)脈沖信號(hào)結(jié)束。這種干擾技術(shù)立足于干擾機(jī)天線收發(fā)分時(shí)體制，可以形成假目標(biāo)欺騙干擾效果，其工作時(shí)序如圖1所示，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)示意如圖2所示。

圖1　間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)基本原理Fig.1　Fundamentals of interrupted sampling and　　　direct repeater jamming

圖2　間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)圖Fig.2　Jamming signal figure of interrupted sampling　　　 and direct repeater jamming

(1)

設(shè)LFM雷達(dá)信號(hào)為s(t)，脈沖寬度T，則間歇采樣干擾信號(hào)ss(t)為

(2)

(3)

若H(f)表示LFM脈沖壓縮雷達(dá)匹配濾波器頻率響應(yīng)，Y(f)表示雷達(dá)信號(hào)輸出y(t)的頻率響應(yīng)，Ys(f)表示干擾信號(hào)ys(t)輸出的頻率響應(yīng)，則:

(4)

對(duì)式(4)進(jìn)行反變換得

(5)

另外由線性系統(tǒng)理論可知：間歇采樣信號(hào)的頻譜是每段信號(hào)頻譜的疊加，干擾信號(hào)通過匹配濾波器的響應(yīng)是每段信號(hào)通過匹配濾波器響應(yīng)疊加之和，通過仿真可以證明。

圖3　間歇采樣干擾信號(hào)時(shí)域波形及頻譜Fig.3　Time-domain waveform and spectrum of　　　Interrupted sampling jamming

重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)域波形和頻譜如圖5所示，信號(hào)經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖6所示。間歇采樣周期Ts=10 μs,間歇采樣脈寬τ=2.5 μs。

圖4　間歇采樣干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.4　Results after interrupted sampling jamming　　　through the matched filter

圖5　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣信號(hào)時(shí)域波形及其頻譜Fig.5　Time-domain waveform and spectrum of reduplicate　　　 repeater interrupted sampling jamming

圖6　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.6　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　jamming through the matched filter

2間歇采樣累加干擾方法

間歇采樣累加干擾的基本原理是在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后增加累加處理器，然后將干擾信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)復(fù)信號(hào)進(jìn)行累加處理，能夠充分利用信號(hào)的脈內(nèi)相干性獲得前一點(diǎn)的信號(hào)幅度和相位，相當(dāng)于將原始信號(hào)從采樣起始時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻進(jìn)行采樣點(diǎn)延時(shí)并求和疊加。實(shí)現(xiàn)框圖如圖7所示。下面簡(jiǎn)要分析間歇采樣累加干擾的信號(hào)特征和干擾的效果。

2.1干擾信號(hào)特征

(6)

(7)

(8)

圖8給出了對(duì)LFM信號(hào)分4段的間歇采樣累加干擾信號(hào)的時(shí)域波形和對(duì)應(yīng)頻譜(仿真參數(shù)同以上)。由圖可以看出，采樣累加干擾頻譜與理論分析一致，對(duì)干擾信號(hào)影響最大的是信號(hào)低頻段并且累加幅度和頻譜幅度較大， 將對(duì)目標(biāo)檢測(cè)產(chǎn)生主要

圖7　間歇采樣累加干擾實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框圖Fig.7　System diagram of interrupted sampling cumulative jamming

影響。另外還可以從圖8b),c),d)看出，由于信號(hào)的脈內(nèi)正弦信號(hào)的正負(fù)值抵消影響了一部分干擾信號(hào)的幅度，所以可以采取2種方法進(jìn)行改進(jìn)(篇幅所限，不給出具體分析)：①對(duì)信號(hào)從第2段間歇采樣開始進(jìn)行倍乘使每段信號(hào)幅值接近，最大程度地保留信號(hào)的相關(guān)性；②對(duì)信號(hào)取絕對(duì)值進(jìn)行累加，但該方法會(huì)對(duì)信號(hào)的脈內(nèi)信息產(chǎn)生一定影響。

2.2干擾效果分析

(9)

設(shè)干擾通過匹配濾波器后的頻率響應(yīng)為Ylj(f)，則

(10)

式中:Ylji(f)為第i段信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器的頻率響應(yīng)。

由式(8)和式(10)得

(11)

再由積分信號(hào)的傅里葉變換可知，對(duì)式(11)進(jìn)行反變換有

(12)

即累加干擾通過匹配濾波器后是對(duì)原間歇采樣信號(hào)通過匹配濾波后在對(duì)應(yīng)區(qū)間上的積分，所以

ylj(t)=ylj1(t)+ylj2(t)+ylj3(t)+ylj4(t)=

∫yj1(t)dt+∫yj2(t) dt+∫yj3(t)dt+∫yj4(t)dt.

(13)

再結(jié)合式(6)，(7)可知，離散化后即對(duì)原來信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器后的響應(yīng)在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行求和。

由以上分析可以看出，間歇采樣累加干擾將會(huì)獲得更好的覆蓋優(yōu)勢(shì)，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省功率，對(duì)其進(jìn)行重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)將會(huì)實(shí)現(xiàn)更好的覆蓋干擾和假目標(biāo)欺騙干擾效果。

3仿真分析與效果對(duì)比

圖8　間歇采樣累加干擾信號(hào)及其頻譜Fig.8　Time-domain waveform and spectrum of interrupted sampling cumulative jamming

(1) 仿真1：間歇采樣累加干擾

圖9　間歇采樣累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.9　Results after interrupted sampling cumulative　　　jamming through the matched filter

(2) 仿真2：重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾

間歇采樣脈寬取τ=2.5 μs，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)取最大值3次。重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)累加干擾信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜如圖10所示，經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖11所示。從圖中可以看出，重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾效果要比直接轉(zhuǎn)發(fā)一次圖9a)的效果好得多，并且干擾信號(hào)峰值幅度增大，與雷達(dá)信號(hào)幅度持平，干擾信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)更寬的覆蓋范圍。

圖10　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾信號(hào)時(shí)域波形和頻譜Fig.10　Time-domain waveform and spectrum of　　　　reduplicate repeater interrupted sampling　　　 cumulative jamming

圖11　重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)間歇采樣累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.11　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　cumulative jamming through the matched filter

(3) 仿真3：倍乘調(diào)整間歇采樣累加干擾

間歇采樣脈寬取τ=2.5 μs，倍乘調(diào)整數(shù)為5 。倍乘調(diào)整累加干擾信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜如圖12所示，經(jīng)過匹配濾波后的響應(yīng)如圖13所示。從圖12頻譜圖可以看出，調(diào)整后干擾信號(hào)頻率在原間歇采樣信號(hào)頻率段得到較好的聚集，并且幅度有較大的改善，將為干擾轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)省功率。從圖13中可以看出，倍乘調(diào)整后的干擾效果要比直接轉(zhuǎn)發(fā)和重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)更集中，干擾信號(hào)峰值幅度與雷達(dá)信號(hào)幅度大(大2.5 dB)，效果提升明顯。

圖12　倍乘調(diào)整累加干擾信號(hào)幅度和頻譜Fig.12　Time-domain waveform and spectrum of　　　　multiplier adjustment cumulative jamming

圖13　倍乘調(diào)整累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.13　Results after multiplier adjustment cumulative　　　 jamming through the matched filter

(4) 仿真4：絕對(duì)值間歇采樣累加干擾

圖14　絕對(duì)值累加干擾信號(hào)幅度和頻譜Fig.14　Time-domain waveform and spectrum of　　　　absolute value cumulative jamming

圖15　絕對(duì)值累加干擾經(jīng)過匹配濾波器結(jié)果Fig.15　Results after absolute value cumulative　　　jamming through the matched filter

通過以上仿真實(shí)驗(yàn)分析可知，本文提出的間歇采樣累加干擾效果較好，假目標(biāo)能量較大覆蓋范圍較寬，并且工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省功率，為干擾機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離欺騙干擾方法提供了思路。由于轉(zhuǎn)發(fā)干擾會(huì)導(dǎo)致假目標(biāo)的落后，因此本文提出的干擾還可以與移頻干擾結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的前移。

4結(jié)束語(yǔ)

本文在總結(jié)了對(duì)LFM雷達(dá)信號(hào)常用干擾方法基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理和缺點(diǎn)?；诖?，本文提出了間歇采樣累加干擾，并給出了理論分析和仿真驗(yàn)證。但由于信號(hào)內(nèi)部的周期性可能會(huì)使得信號(hào)部分正負(fù)抵消，因此本文又給出了2種改進(jìn)的間歇采樣累加干擾方法。仿真結(jié)果表明，間歇采樣累加干擾及其改進(jìn)方法干擾能量較大、覆蓋范圍較寬具有較好的干擾效果，并且工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)干擾機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)距欺騙干擾具有重要意義。

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Interrupted Sampling on LFM Radar Cumulative Jamming Studies

Lü Ya-kun, YANG Cheng-zhi, LI Jian-wei, XIAO Peng

(The Aviation University of Air Force, JIlin Changchun 130022, China)

Abstract:Interrupted sampling and repeater jamming and improved reduplicate repeater jamming is an effective jamming pattern against LFM (linear frequency modulation) radar. But its amplitude of the false targets is smaller and the energy loss is bigger. For these shortcomings, an interrupted sampling cumulative jamming is proposed. This method, by accumulating the amplitude of discrete sampling signal after DRFM(digital radio frequency memory), obtains the amplitude of the jamming signal and achieves maximum signal coherence. The theoretical analysis shows periodic changes of in-pulse signal affect jamming signals. Therefore, through multiplying the amplitude lower part of accumulative signal and accumulation of intermittent sampling signals after taking the absolute value, two improvement schemes are put forward: multiplier adjustment cumulative jamming and the absolute value intermittent sampling accumulative jamming. Finally, the simulation results show that interrupted sampling cumulative jamming is an effective cumulative jamming against LFM radar. This method can produce better deception and cover jamming effect and the larger amplitude of false targets. And the method has the advantages of simple project implementation and power saving.

Key words:linear frequency modulation(LFM); interrupted sampling; cumulative jamming; deception jamming

中圖分類號(hào)：TN958;TN972

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-086X(2015)-01-0100-08

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.017

通信地址：101416北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)八一路裝備學(xué)院研2隊(duì)E-mail：lykc123@sina.com

作者簡(jiǎn)介：呂亞昆(1989-)，男，河北贊皇人。碩士生，研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗。

收稿日期：2013-11-10；
修回日期：2013-12-26