謝 玲 董洪亮 任高輝

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.西安應(yīng)用光學(xué)研究所 西安 710065)

不同移頻模式下移頻干擾的效果仿真與分析

謝 玲1董洪亮1任高輝2

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.西安應(yīng)用光學(xué)研究所 西安 710065)

論述了移頻干擾的工作原理與數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同移頻模式下移頻干擾的效果進(jìn)行了仿真與分析，最后通過(guò)歸納與分析得出：階梯波移頻模式下，移頻干擾可產(chǎn)生多個(gè)距離假目標(biāo)欺騙干擾效果；線性移頻模式下，移頻干擾可產(chǎn)生單個(gè)遮蓋干擾效果；分段線性移頻模式下，移頻干擾可產(chǎn)生多個(gè)遮蓋干擾效果。

移頻干擾；階梯波移頻模式；線性移頻模式；分段線性移頻模式

Abstract: Operational principle and mathematical model of frequency-shift jamming is depicted. Frequency-shift jamming effects in different frequency-shift modes are simulated and analyzed. Finally, it is achieved that frequency-shift jamming can generate multiple range false targets to deceive jamming effect in step-wave frequency-shift mode, generate single cover-jamming effect in linear frequency-shift mode, and generate multiple cover-jamming effects in piecewise-linear frequency -shift mode by inductive and analysis.

Keywords：frequency-shift jamming; linear frequency-shift mode; piecewise-linear frequency-shift mode

0 引言

由于干擾機(jī)存在固有時(shí)延，很多基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)性質(zhì)干擾，如間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾、全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾、示樣脈沖、卷積調(diào)制干擾等，它們都有一共同的缺點(diǎn)，就是所產(chǎn)生的強(qiáng)假目標(biāo)或遮蓋性干擾會(huì)滯后于真實(shí)目標(biāo)[1]，如此，當(dāng)雷達(dá)采用脈沖前沿跟蹤抗干擾措施時(shí)，則干擾效果會(huì)降低，甚至失效[2]。利用LFM脈沖信號(hào)具有脈內(nèi)相干性，它的距離-多普勒頻移之間存在很強(qiáng)的耦合性，這種強(qiáng)耦合具體表現(xiàn)為距離會(huì)隨著多普勒頻移的漂移而產(chǎn)生測(cè)距誤差[3]，因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)亟o轉(zhuǎn)發(fā)性質(zhì)的干擾調(diào)制一個(gè)多普勒頻移分量，并通過(guò)選擇控制多普勒頻移分量的正或負(fù)，就可產(chǎn)生一個(gè)或超前于真實(shí)目標(biāo)，或滯后于真實(shí)目標(biāo)的假目標(biāo)或遮蓋性干擾，如可以產(chǎn)生移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾、移頻全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾、移頻示樣脈沖、移頻卷積調(diào)制干擾等[4]。所以說(shuō)，LFM脈沖壓縮雷達(dá)比其他體制雷達(dá)更易受到轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的干擾[5]。

1 移頻干擾的原理與數(shù)學(xué)模型

隨著DRFM技術(shù)的成熟與應(yīng)用，移頻干擾可以通過(guò)DRFM來(lái)實(shí)現(xiàn)[6]。DRFM首先存儲(chǔ)截獲的雷達(dá)信號(hào)，等需要干擾時(shí)，DRFM再?gòu)?fù)制出原雷達(dá)信號(hào)并進(jìn)行一定的處理，最后上變頻時(shí)，通過(guò)給上變頻本振調(diào)制一個(gè)附加的頻移分量，從而產(chǎn)生出移頻干擾信號(hào)[7]。

設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，則干擾系統(tǒng)產(chǎn)生的移頻干擾信號(hào)可以表示為：

(1)

式(1)所示的移頻干擾經(jīng)過(guò)雷達(dá)匹配濾波后的輸出是一個(gè)單頻振蕩信號(hào)，其中心頻率為f0+B/2+ζ(t)/2。當(dāng)移頻分量ζ(t)=0時(shí)，其脈壓輸出的主峰出現(xiàn)在脈沖信號(hào)的結(jié)束時(shí)刻T，且主峰寬度(3dB寬度)為[-1/B,1/B]，輸出信號(hào)包絡(luò)按sinc(x)函數(shù)規(guī)律衰減[8]；當(dāng)移頻分量ζ(t)≠0時(shí)，其脈壓輸出的主峰偏移到t=T-ζ(t)/K處，即ζ(t)>0，則主峰前移，反之，則主峰后移。然而，附加移頻分量的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器會(huì)引起一定的失配損失，表現(xiàn)為輸出主峰寬度展寬，相應(yīng)的干擾功率也會(huì)造成一定的失配損失，并且移頻分量ζ(t)(≤B)越大，失配損失越嚴(yán)重[9]。

如果相同功率的移頻干擾和目標(biāo)回波同時(shí)被雷達(dá)系統(tǒng)接收，則失配干擾主峰峰值yζmax與匹配目標(biāo)信號(hào)主峰峰值ymax的關(guān)系為：

(2)

而失配干擾的時(shí)延偏移量可以表示為：

(3)

所以，移頻分量|ζ(t)|越大，時(shí)延偏移量Δt越大，且Δtmax=T。

失配干擾的主峰寬度(3dB寬度)可以表示為[10]：

(4)

綜上可知，移頻干擾正是通過(guò)給轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)調(diào)制一定的移頻分量|ζ(t)|，來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾效果的前移或后移，從而實(shí)現(xiàn)距離維上的欺騙干擾效果或者遮蓋干擾效果。

2 不同移頻模式的干擾效果仿真與分析

移頻干擾的移頻分量ζ(t)可以是某一按一定規(guī)律變化的時(shí)間函數(shù)，我們稱之為移頻模式，有階梯波移頻模式、線性移頻模式、分段線性移頻模式等，它們能分別產(chǎn)生出多個(gè)距離假目標(biāo)欺騙干擾、單個(gè)覆蓋干擾、多個(gè)覆蓋干擾等[11]。下面，我們分情況進(jìn)行分析討論。

2.1 階梯波移頻模式

階梯波移頻模式的原理是把雷達(dá)信號(hào)整個(gè)脈沖寬度T均勻劃分為N段，每段子脈沖的長(zhǎng)度為ΔT=T/N，然后在每段子脈沖內(nèi)調(diào)制一定的移頻分量，各個(gè)子脈沖間的移頻分量按照階梯波形規(guī)律變化，我們把這種移頻模式稱之為階梯波移頻模式。

設(shè)階梯波移頻干擾起始調(diào)制頻率為ζ0，調(diào)制間隔為Δζ，則在每段子脈沖內(nèi)的移頻分量可以表示為：

ζ(n)=ζ0+nΔζ(n=0,1,2,…,N-1)

(5)

其移頻規(guī)律如圖1所示。

圖1 階梯波移頻規(guī)律

對(duì)于每一段干擾子脈沖信號(hào)而言，都是一段窄的失配線性調(diào)頻脈沖，因此，每段干擾子脈沖信號(hào)都可能產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，但只有頻譜范圍在[ζ0,B]的干擾子脈沖才可以通過(guò)雷達(dá)的脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)生成假目標(biāo)。而每個(gè)干擾子脈沖的頻譜寬度為KΔt+Δζ，因此，生成的假目標(biāo)個(gè)數(shù)可以表示為：

(6)

式中，[?]表示向上取整。顯然，距離真目標(biāo)最近的前Num-1個(gè)假目標(biāo)的幅度為真目標(biāo)幅度的1/N，距離真目標(biāo)最遠(yuǎn)的第Num個(gè)假目標(biāo)的幅度小于1/N。

根據(jù)式(3)可知，其產(chǎn)生的假目標(biāo)相對(duì)于真目標(biāo)的時(shí)延可表示為：

(7)

為了避免產(chǎn)生的多個(gè)假目標(biāo)之間出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，要求調(diào)制間隔Δζ引起的時(shí)延間隔必須大于干擾輸出假目標(biāo)的3dB寬度，根據(jù)式(4)可知，即需要滿足下式成立：

(8)

下面，我們對(duì)上面的分析結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真參數(shù)設(shè)置如下：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為L(zhǎng)FM信號(hào)，其時(shí)寬T=100us，帶寬B=10MHz，采樣頻率fS=30MHz，載波頻率f0=10MHz。整個(gè)脈沖寬度T被均勻劃分為N=10段，干擾機(jī)起始調(diào)制頻率為ζ0=1MHz，調(diào)制間隔為Δζ=0.4MHz，干信比為10dB。根據(jù)式(6)計(jì)算可得，其產(chǎn)生的假目標(biāo)個(gè)數(shù)應(yīng)為Num=7個(gè)，仿真結(jié)果如下圖2所示。

圖2 階梯波移頻干擾的脈壓結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，在真目標(biāo)之前正好產(chǎn)生了7個(gè)假目標(biāo)，并且距離真目標(biāo)最遠(yuǎn)的第7個(gè)假目標(biāo)幅度稍低，根據(jù)式(7)還可以計(jì)算得出各個(gè)假目標(biāo)相對(duì)于真目標(biāo)的時(shí)延分別為10us、14us、18us、22us、26us、30us、34us，這也與仿真結(jié)果是相吻合的。另外，由于每段干擾子脈沖都可以被視為一段窄的失配線性調(diào)頻脈沖，所以它們產(chǎn)生的假目標(biāo)主峰被展寬，仿真實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明了這一點(diǎn)。

2.2 線性移頻模式

線性移頻模式是指移頻干擾的移頻分量ζ(t)按線性函數(shù)規(guī)律變化，其移頻規(guī)律如圖3所示。

圖3 線性移頻規(guī)律

設(shè)干擾機(jī)起始調(diào)制頻率為ζ0，調(diào)頻斜率為Kζ，則線性移頻干擾本身的調(diào)制帶寬為Bζ=KζT，它經(jīng)過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出不再是一個(gè)峰值，而是一個(gè)被展寬了的遮蓋性干擾。且所產(chǎn)生的遮蓋干擾近端相對(duì)于真目標(biāo)的時(shí)延為：

(9)

遮蓋干擾的寬度為：

(10)

由式(9)、式(10)兩式可以很容易得到遮蓋干擾遠(yuǎn)端相對(duì)于真目標(biāo)的時(shí)延。

遮蓋干擾的峰值為：

(11)

可見(jiàn)，遮蓋干擾的峰值幅度yζmax僅與調(diào)頻斜率Kζ有關(guān)，而與干擾機(jī)起始調(diào)制頻率ζ0無(wú)關(guān)。

因此，遮蓋干擾峰值yζmax與真目標(biāo)峰值ymax的關(guān)系為：

(12)

下面，我們對(duì)上面的分析結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真參數(shù)設(shè)置如下：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為L(zhǎng)FM信號(hào)，其時(shí)寬T=100us，帶寬B=10MHz，采樣頻率fS=30MHz，載波頻率f0=10MHz。干擾機(jī)起始調(diào)制頻率為ζ0=1MHz，調(diào)頻斜率為Kζ=5kHz/us，干信比為10dB。仿真結(jié)果如下圖4所示。

圖4 線性移頻干擾的脈壓結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，在真目標(biāo)前面產(chǎn)生了一個(gè)被展寬了的遮蓋性干擾。其實(shí)，我們還可以通過(guò)調(diào)整干擾機(jī)起始調(diào)制頻率ζ0或調(diào)頻斜率Kζ，來(lái)得到不同位置、不同形狀的遮蓋干擾效果。另外，根據(jù)式(9)、式(10)可分別計(jì)算得出遮蓋干擾近端相對(duì)于真目標(biāo)的時(shí)延為10.9us， 遮蓋干擾的寬度為6.5us，這與仿真結(jié)果是基本吻合的。

2.3 分段線性移頻模式

類似于階梯波移頻模式的原理，分段線性移頻模式也是將雷達(dá)信號(hào)整個(gè)脈沖寬度T均勻劃分為N段，每段子脈沖的長(zhǎng)度為ΔT=T/N，然后在每段子脈沖內(nèi)調(diào)制一定的移頻分量，而各個(gè)子脈沖間的移頻分量按照線性規(guī)律變化，我們把這種移頻模式稱之為分段線性移頻模式。其移頻規(guī)律如圖5所示。

圖5 分段線性移頻規(guī)律

設(shè)分段線性移頻干擾起始調(diào)制頻率為ζ0，調(diào)制間隔為Δζ，它經(jīng)過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后的輸出為多個(gè)遮蓋干擾效果。且所產(chǎn)生的遮蓋干擾的個(gè)數(shù)可以根據(jù)式(6)來(lái)確定，其峰值yζmax與真目標(biāo)峰值ymax的關(guān)系也滿足式(12)。

下面，我們對(duì)上面的分析結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真參數(shù)設(shè)置如下：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為L(zhǎng)FM信號(hào)，其時(shí)寬T=100us，帶寬B=10MHz，采樣頻率fS=30MHz，載波頻率f0=10MHz。整個(gè)脈沖寬度T被均勻劃分為N=4段，干擾機(jī)起始調(diào)制頻率為ζ0=1MHz，調(diào)制間隔為Δζ=0.4MHz，調(diào)頻斜率為Kζ=5kHz/us，干信比為10dB。仿真結(jié)果如下圖6所示。

圖6 分段線性移頻干擾的脈壓結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，所產(chǎn)生遮蓋干擾的個(gè)數(shù)與式(6)所確定的三個(gè)相吻合，同樣，我們還可以通過(guò)調(diào)整干擾機(jī)起始調(diào)制頻率ζ0或調(diào)頻斜率Kζ以及各段干擾子脈沖的長(zhǎng)度ΔT，來(lái)得到不同位置、不同形狀、不同數(shù)目的遮蓋干擾效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

移頻干擾充分利用了LFM脈沖壓縮雷達(dá)固有的距離-多普勒頻移間存在強(qiáng)耦合性的弱點(diǎn)，通過(guò)對(duì)截獲的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)調(diào)制一個(gè)附加的多普勒頻移量來(lái)達(dá)到距離維上前移或后移的干擾目的。在此基礎(chǔ)上，我們還可以通過(guò)對(duì)移頻模式的多樣化選擇，包括對(duì)不同移頻模式的組合使用，來(lái)產(chǎn)生更加復(fù)雜的干擾效果，因此，移頻干擾已成為目前對(duì)付LFM脈沖壓縮雷達(dá)的一種有效的干擾手段。

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《火控雷達(dá)技術(shù)》征稿簡(jiǎn)則

《火控雷達(dá)技術(shù)》是國(guó)家科委批準(zhǔn)的，由西安電子工程研究所主辦的國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的科技類刊物。先后被《中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)》、中國(guó)核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫(kù)、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》等收錄。本刊以理論與實(shí)踐相結(jié)合為指導(dǎo)方針，側(cè)重于工程應(yīng)用。主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外同行在雷達(dá)、通訊等電子領(lǐng)域內(nèi)的研究成果、技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)及有關(guān)的新理論、新概念、新技術(shù)、新方法。為了把刊物辦得更好，進(jìn)一步明確投稿要求，特制定本簡(jiǎn)則。

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2 中英文摘要及參考文獻(xiàn)要求

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1)期刊文獻(xiàn) 作者.題目[J].刊名，出版年，卷(期)：起止頁(yè)碼.

2)專著 作者.書名[M].版本(第一版可不標(biāo)注).出版地：出版社，出版年：起止頁(yè)碼.

3)論文集 作者. 論文題目[C].//編者.論文集名.出版地：出版者，出版年：起止頁(yè)碼.

4)學(xué)位論文 作者.題目[D].保存城市名：保存單位(寫到二級(jí)單位)，出版年.

5)標(biāo)準(zhǔn) 起草責(zé)任者.標(biāo)準(zhǔn)代號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)順序號(hào)-發(fā)布年，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S].出版地：出版者，出版年.

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SimulationandAnalysisofFrequency-shiftJammingEffectinDifferentFrequency-shiftModes

Xie Ling1， Dong Hongliang1， Ren Gaohui2

(1. Xi’an Electronic Engineering Research Institute， Xi’an 710100;2. Xi’an Institute of Applied Optics， Xi’an 710065)

TN959.1+2

A

1008-8652(2017)02-100-04

謝玲(1987-)，女，工程師。研究方向?yàn)楸倍吠ㄐ偶皯?yīng)用技術(shù)。