辛增獻(xiàn)， 陳 煦， 鄧 春， 胡 安

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 概述

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，敵我雙方通過施放各種壓制式或欺騙式干擾，以達(dá)到減弱對(duì)方雷達(dá)探測能力的目的。隨著數(shù)字儲(chǔ)頻（DRFM）技術(shù)的應(yīng)用，欺騙式有源干擾越來越逼真，應(yīng)用越來越廣泛，多假目標(biāo)有源干擾是常見的欺騙式干擾方式，干擾機(jī)通過對(duì)得到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行復(fù)制、調(diào)制、延時(shí)等處理后轉(zhuǎn)發(fā)，在距離維和速度維上形成多個(gè)虛假目標(biāo)，影響雷達(dá)對(duì)真實(shí)目標(biāo)檢測。根據(jù)雷達(dá)信號(hào)形式，可采用不同的干擾方式，以獲得最佳的干擾效果［1］。例如：對(duì)脈寬較寬的雷達(dá)信號(hào)，采用截取轉(zhuǎn)發(fā)的方式；對(duì)于脈寬較窄的雷達(dá)信號(hào)，采用復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)或復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)的方式。本文介紹幾種常見的多假目標(biāo)干擾產(chǎn)生方式，并分別對(duì)不同雷達(dá)信號(hào)形式的干擾效果進(jìn)行分析和仿真。

1 多假目標(biāo)干擾產(chǎn)生機(jī)理和工作方式

數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的采集存儲(chǔ)和復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)能夠完全復(fù)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)形式，因此數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)在干擾系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用［2］。數(shù)字儲(chǔ)頻式干擾機(jī)的原理框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字儲(chǔ)頻式干擾機(jī)原理框圖

圖1中，干擾機(jī)接收雷達(dá)導(dǎo)引頭照射信號(hào)，進(jìn)行下變頻處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換（A／D）后，形成數(shù)字中頻信號(hào)并存儲(chǔ)到大容量存儲(chǔ)器，控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行復(fù)制、延時(shí)等處理，然后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換形成模擬中頻信號(hào)，對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理后，經(jīng)過上變頻形成射頻信號(hào)，通過發(fā)射天線輻射到空間，形成了距離和速度維上的多假目標(biāo)干擾。

以線性調(diào)頻信號(hào)形式為例，介紹數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)如何生成多假目標(biāo)信號(hào)。

干擾機(jī)接收天線接收到的單個(gè)脈沖的信號(hào)可表示為

經(jīng)過下變頻處理后得到中頻信號(hào)：

式中：f0為信號(hào)頻率；f1為中頻頻率；k為脈內(nèi)調(diào)制斜率。

中頻信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)到大容量存儲(chǔ)器中。控制器按照一定延時(shí)τ讀取數(shù)字信號(hào)，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器形成中頻模擬信號(hào)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制后，通過上變頻器形成射頻信號(hào)：

可見干優(yōu)信號(hào)和接收信號(hào)完全相參，兩者存在一定的時(shí)間延時(shí)和頻率偏差，在不同的速度維和距離單元形成了虛假信號(hào)。在控制器作用下，多次讀取并轉(zhuǎn)發(fā)就形成了多個(gè)虛假目標(biāo)信號(hào)。

由于干擾機(jī)尺寸有限，收發(fā)天線之間的通道隔離成為制約收發(fā)同步的主要問題，因此干擾機(jī)通常采用收發(fā)分時(shí)的工作模式。本文針對(duì)收發(fā)分時(shí)多假目標(biāo)干擾進(jìn)行論述。

為了真實(shí)的復(fù)現(xiàn)雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)，必須完成一個(gè)整脈沖的采集、存儲(chǔ)、復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)工作，這種工作方式，對(duì)于窄脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)而言比較有效，但對(duì)于寬脈沖信號(hào)而言，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)需要較長的時(shí)間，實(shí)時(shí)性較差。因此針對(duì)不同的雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)形式，干擾機(jī)采用不同的工作方式，產(chǎn)生多假目標(biāo)干擾，以達(dá)到最優(yōu)的干擾效果，常見的干擾機(jī)工作方式分別為復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式、復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)方式和截取轉(zhuǎn)發(fā)方式。

（1）復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式

復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式工作示意圖如圖2所示。

圖2 復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

干擾機(jī)收到一個(gè)完整的雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)脈沖后，開始復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，第一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)發(fā)完成后，開始轉(zhuǎn)發(fā)第二個(gè)脈沖，依次類推形成多個(gè)假目標(biāo)干擾。若雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)為窄脈沖信號(hào)，則容易形成多假目標(biāo)干擾，若雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)為寬脈沖信號(hào)，則干擾效果不佳。

（2）復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)方式

復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)工作方式示意圖如圖3所示，示意圖只是對(duì)疊加方式的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行了描述，疊加引起的幅度起伏沒有涉及。

圖3 復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

干擾機(jī)對(duì)得到雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行延時(shí)復(fù)制疊加，延時(shí)要小于雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)脈沖寬度。疊加轉(zhuǎn)發(fā)可以形成更為密集的多假目標(biāo)干擾，但由于干擾機(jī)的發(fā)射功率所限，每一個(gè)假目標(biāo)的功率將會(huì)降低。

（3）截取轉(zhuǎn)發(fā)方式

截取轉(zhuǎn)發(fā)方式工作示意圖如圖4所示。

圖4 截取轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

干擾機(jī)截取脈沖信號(hào)的一部分進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，形成多假目標(biāo)干擾。由于只是截取了脈沖的一部分，很難形成相參干擾。

圖2～圖4 中，復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)工作方式產(chǎn)生的假目標(biāo)干擾相對(duì)真實(shí)目標(biāo)有一個(gè)完整信號(hào)脈沖的延時(shí)；復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)干擾方式相對(duì)真實(shí)目標(biāo)有一個(gè)完整信號(hào)脈沖的延時(shí)，但假目標(biāo)更為密集；截取轉(zhuǎn)發(fā)干擾方式產(chǎn)生的多假目標(biāo)干擾有一定的同步干擾效果，但不能復(fù)現(xiàn)真實(shí)目標(biāo)信號(hào)。

不同的信號(hào)形式的處理方法不同，低重頻脈沖信號(hào)形式的脈沖間隔時(shí)間較長，機(jī)動(dòng)目標(biāo)在間斷時(shí)間引起的頻率和相對(duì)距離的變化，使低重頻信號(hào)很難實(shí)現(xiàn)脈間積累，因此低重頻信號(hào)通常采用寬脈沖+脈內(nèi)調(diào)制的信號(hào)形式，采取單脈沖信號(hào)處理方法；高重頻和中重頻脈沖信號(hào)的間斷時(shí)間較短，目標(biāo)機(jī)動(dòng)引起的頻率和相對(duì)距離變化不易跨越速度分辨單元和距離分辨單元，為了獲得較高信噪比，中／高重頻脈沖信號(hào)通常采用脈間積累信號(hào)處理方法［3］。

前面提到，不同的信號(hào)形式，干擾機(jī)需要采用不同的工作方式才能夠獲得最佳的干擾效果，下面分別對(duì)低重頻脈沖導(dǎo)引頭和中／高重頻脈沖導(dǎo)引頭的多假目標(biāo)干擾效果進(jìn)行分析和仿真［3］。

2 對(duì)低重頻脈沖信號(hào)導(dǎo)引頭干擾效果分析和仿真

以低重頻線性調(diào)頻脈沖信號(hào)為例，分析不同多假目標(biāo)工作方式對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)檢測的影響。單周期低重頻線性調(diào)頻脈沖信號(hào)由式（1）表示。

復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)、復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)和截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)三種工作方式產(chǎn)生的干擾模型形式分別如式（4）、式（5）和式（6）。

式（4）為復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)工作方式產(chǎn)生的干擾表達(dá)式，其中N 為假目標(biāo)個(gè)數(shù)；式（5）為復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)工作方式產(chǎn)生的干擾表達(dá)式，其中τ1為疊加周期，τ1＜τ；式（6）為截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)工作方式產(chǎn)生的干擾表達(dá)式，τ2為截取的時(shí)間和轉(zhuǎn)發(fā)周期。

低重頻線性調(diào)頻脈沖信號(hào)需要進(jìn)行脈沖壓縮處理以獲得較高的距離分辨力，脈沖壓縮可采用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。

信號(hào)的匹配濾波器的幅頻特性是信號(hào)頻譜的復(fù)共軛，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理就可以得到脈沖壓縮后的信號(hào)。

導(dǎo)引頭對(duì)三種干擾產(chǎn)生方式形成的干擾，經(jīng)過匹配濾波處理處理結(jié)果表示為式（7）、式（8）和式（9）

式（7）中復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)過匹配濾波后形成多個(gè)sinc函數(shù)波形，信號(hào)波形與雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過匹配濾波后的波形相同，匹配濾波得到的增益改善也相同，只是相對(duì)目標(biāo)信號(hào)有一定的時(shí)間延遲，最近的干擾脈沖的時(shí)間延時(shí)為τ，對(duì)應(yīng)的距離為cτ／2。對(duì)于寬脈沖而言，相距較遠(yuǎn)干擾效果較差。

式（8）中復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)干擾形成的干擾經(jīng)過匹配濾波器之后同樣形成多個(gè)sinc函數(shù)波形，且干擾之間的間隔為τ1，相對(duì)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)要小，但第一個(gè)干擾相對(duì)目標(biāo)遲后時(shí)間為τ，且由于多個(gè)干擾疊加發(fā)射，在發(fā)射機(jī)功率一定的情況下，每個(gè)干擾的功率將被平分，當(dāng)N 個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)存在時(shí)，每個(gè)干擾信號(hào)功率為發(fā)射功率的1／N。

式（9）中截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)工作方式產(chǎn)生的干擾相對(duì)目標(biāo)信號(hào)的時(shí)間延遲較小，落在導(dǎo)引頭距離搜索范圍內(nèi)，形成假目標(biāo)干擾，但截取轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)帶來一定的匹配失配能量損失和波形展寬。

（1）截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號(hào)形式：信號(hào)脈寬200μs，信號(hào)帶寬2 MHz，截取脈寬10μs，轉(zhuǎn)發(fā)周期10 μs。

圖5中，截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)形成的干擾相對(duì)真實(shí)目標(biāo)信號(hào)時(shí)間延遲較小，接近同步干擾，經(jīng)過雷達(dá)導(dǎo)引頭脈沖壓縮處理后相對(duì)真實(shí)目標(biāo)的距離相差在3km 左右，影響低重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)真實(shí)目標(biāo)的判斷。

從脈沖壓縮結(jié)果看，由于只是截取了目標(biāo)信號(hào)的一部分，經(jīng)過脈沖壓縮后，假目標(biāo)干擾的壓縮增益是真實(shí)目標(biāo)壓縮增益的1／20。

圖5 截取復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)低重頻雷達(dá)信號(hào)干擾仿真

（2）復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號(hào)形式：信號(hào)脈寬200μs，信號(hào)帶寬2 MHz，轉(zhuǎn)發(fā)間隔10μs，假目標(biāo)個(gè)數(shù)5個(gè)。

圖6中，復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)過導(dǎo)引頭脈沖壓縮處理后，形成的多假目標(biāo)干擾在距離上相對(duì)真實(shí)目標(biāo)相差最小63km，對(duì)低重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭不構(gòu)成干擾。

（3）復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)式干擾仿真

低重頻脈沖壓縮信號(hào)形式：信號(hào)脈寬200μs，信號(hào)帶寬2 MHz，疊加間隔10μs，假目標(biāo)個(gè)數(shù)10個(gè)。

圖7中，復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)能夠在較小的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)假目標(biāo)，但和真實(shí)目標(biāo)最小的距離相差63km，對(duì)低重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭不構(gòu)成干擾。

圖6 復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)低重頻雷達(dá)信號(hào)干擾仿真

從上面仿真結(jié)果來看，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)寬脈沖單周期處理的雷達(dá)信號(hào)干擾效果有限，截取轉(zhuǎn)發(fā)可以在較小的距離單元內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)虛假目標(biāo)，對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的目標(biāo)檢測造成干擾。

3 對(duì)中／高重頻脈沖信號(hào)導(dǎo)引頭干擾效果分析和仿真

中／高重頻脈沖信號(hào)可以看成多個(gè)單周期脈沖信號(hào)的集合，中／高重頻脈沖信號(hào)的脈沖寬度較窄，重復(fù)周期較短，通常采用脈間積累的方式進(jìn)行相參處理，以獲得高的信噪比。

中／高重頻脈沖信號(hào)結(jié)合脈內(nèi)調(diào)制，可以得到較高的距離分辨力，在對(duì)付機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，通過時(shí)頻二維檢測方法，可以同時(shí)得到目標(biāo)的速度和距離信息。中／高重頻脈沖多普勒信號(hào)是脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭最常見的信號(hào)形式。

圖7 復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)低重頻雷達(dá)信號(hào)干擾仿真

以中重頻脈內(nèi)線性調(diào)頻信號(hào)為例，介紹信號(hào)的處理過程。

中重頻脈內(nèi)線性調(diào)頻信號(hào)可以表示為［4］

式中：repT［x（t）］為重復(fù)算子，表示以T 為周期將x（t）無窮重復(fù)；rect為脈沖調(diào)制函數(shù)；τ為回波延遲函數(shù)。

導(dǎo)引頭對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，再按照距離門在脈沖間進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，最后形成二維數(shù)組如式（11），數(shù)組的每一行表示某距離單元的數(shù)據(jù)，列代表不同的距離單元。

對(duì)每一距離單元（每一行）的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，可以得到表征速度和距離信息的二維數(shù)組如式（12）。

通過搜索二維數(shù)組的最大值，得到目標(biāo)所在的行和列號(hào)，進(jìn)而得到目標(biāo)的速度和距離參數(shù)。

中／高重頻雷達(dá)信號(hào)的子脈沖寬度較窄，干擾機(jī)容易得到完整子脈沖，經(jīng)過復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)可以在多個(gè)距離單元和速度單元產(chǎn)生多假目標(biāo)干擾，由于導(dǎo)引頭采用脈間數(shù)據(jù)抽取的方法，干擾信號(hào)會(huì)隨機(jī)分布；而截取轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式產(chǎn)生的干擾信號(hào)，通過脈間信號(hào)抽取處理后，干擾信號(hào)分散到不同的距離單元，干擾效果有限。另外，由于中重頻脈沖導(dǎo)引頭進(jìn)行速度信息的提取，干擾機(jī)產(chǎn)生的速度維欺騙將產(chǎn)生效果。

（1）復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)式干擾仿真

中／高重頻脈沖壓縮信號(hào)形式：復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)多假目標(biāo)：脈沖寬度5μs，重復(fù)周期50μs，帶寬2 MHz，假目標(biāo)個(gè)數(shù)10個(gè)。

圖8中，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾在不同距離和速度單元產(chǎn)生多個(gè)虛假目標(biāo)，影響了雷達(dá)導(dǎo)引頭的目標(biāo)檢測。

圖8 復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)中／高重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾仿真

（2）復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)式仿真

復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)多目標(biāo)干擾：脈沖寬度5μs，重復(fù)周期50μs，帶寬2 MHz，假目標(biāo)個(gè)數(shù)20 個(gè)，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)間隔2μs。

圖9中，復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生的多假目標(biāo)在速度和距離維更為集中，對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果更佳。

圖9 復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)中／高重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾仿真

（3）截取轉(zhuǎn)發(fā)式干擾仿真

截取連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)：脈沖寬度5μs，重復(fù)周期50μs，帶寬2 MHz，截取時(shí)間10μs。

圖10中，由于截取轉(zhuǎn)發(fā)周期和信號(hào)周期不同步，經(jīng)過導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)重排、FFT 等處理后，假目標(biāo)被分散到各個(gè)距離單元，對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭起不到多假目標(biāo)的干擾效果，但噪聲基底會(huì)被抬高。

圖10 截取轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)中／高重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾仿真

從仿真結(jié)果來看，對(duì)中／高重頻雷達(dá)信號(hào)，復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制疊加轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以在不同距離單元和速度維產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，截取轉(zhuǎn)發(fā)干擾由于和照射周期不同步，干擾經(jīng)過脈沖壓縮和脈間積累后，多假目標(biāo)能量被分散到不同的距離和速度單元，多假目標(biāo)干擾效果不佳。

4 結(jié)論

本文介紹了多假目標(biāo)干擾的工作方式，并分別對(duì)低重頻脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭和中／高重頻脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭的干擾效果進(jìn)行了分析和仿真。復(fù)制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制存儲(chǔ)疊加轉(zhuǎn)發(fā)工作方式適用于中／高重頻脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭；截取轉(zhuǎn)發(fā)工作方式對(duì)低重頻脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭干擾效果更佳。

從分析和仿真結(jié)果可以得到，干擾機(jī)若要對(duì)不同信號(hào)形式的雷達(dá)導(dǎo)引頭產(chǎn)生最佳干擾效果，需要被動(dòng)地切換工作方式，可見從導(dǎo)引頭抗多假目標(biāo)干擾的角度出發(fā)，導(dǎo)引頭主動(dòng)在低重頻和中／高重頻間切換工作方式，可以提高導(dǎo)引頭抗多假目標(biāo)的能力。

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