李辰梓 余建宇 徐 偉 郝萬兵

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現(xiàn)代雷達(dá)是在全天候復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下快速、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行目標(biāo)探測、跟蹤、制導(dǎo)和火控的重要裝備[1]，是戰(zhàn)場上的“千里眼”，一旦破壞了雷達(dá)的正常工作，將使得戰(zhàn)場上的大多數(shù)武器裝備喪失作戰(zhàn)能力，所以雷達(dá)對抗技術(shù)必然將在未來的戰(zhàn)場上貫穿始終。目前雷達(dá)干擾采用的是基于數(shù)字射頻存儲(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)技術(shù)，它能夠快速地對雷達(dá)信號進(jìn)行高速采樣、存儲復(fù)制、調(diào)制產(chǎn)生與雷達(dá)相參的干擾信號，目前采用DRFM技術(shù)實現(xiàn)的較新型干擾樣式有密集假目標(biāo)干擾，靈巧噪聲干擾等，他們都能夠?qū)ο鄥⒗走_(dá)進(jìn)行有效的干擾。但是考慮到目前戰(zhàn)場上復(fù)雜的電磁環(huán)境、頻率捷變技術(shù)以及超寬帶雷達(dá)的出現(xiàn)，這就需要我們基于DRFM技術(shù)的干擾機(jī)具有大的瞬時帶寬，提高信噪比，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠?qū)崟r、快速地挑選出需要干擾的雷達(dá)信號。而數(shù)字信道化技術(shù)在接收靈敏度、工作帶寬、雷達(dá)信號的截獲能力等方面性能良好，具備接收同時到達(dá)多個雷達(dá)信號的能力，且信道化技術(shù)能抑制子信道帶寬外的噪聲提高信號的信噪比，適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的復(fù)雜電磁環(huán)境需求。所以本文選用逐點滑動DFT數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)來運用于雷達(dá)干擾機(jī)中，并給出了具體的介紹與仿真。

1 逐點滑動DFT信道化技術(shù)

1.1 逐點滑動DFT技術(shù)

目前數(shù)字信道化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前最常見的是基于多相濾波器組的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)[2]，但是由于多相濾波結(jié)構(gòu)在時間分辨率和頻率分辨率上存在相互制約關(guān)系，一般而言選用多相結(jié)構(gòu)都會選擇損失實時性來保障頻率分辨率，但是實時性在干擾機(jī)中是比較重要的參數(shù)，因此本文選用另一種逐點滑動DFT的信道化結(jié)構(gòu)來完成干擾機(jī)的設(shè)計，逐點滑動DFT信道化結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 逐點滑動DFT的信道化結(jié)構(gòu)圖

1.2 逐點滑動DFT的遞歸算法

由圖1可以看出當(dāng)AD采樣的數(shù)據(jù)流每次1點滑動時，在第n時刻和n+1時刻窗口中的數(shù)據(jù)樣本大量重復(fù)，后一個時刻的N點數(shù)據(jù)只是將前一個時刻的N點數(shù)據(jù)中的首個數(shù)據(jù)剔除，而在最后添加一個當(dāng)前時刻最新的樣本數(shù)據(jù)點，除此之外的N-1個數(shù)據(jù)完全相同，所以兩個連續(xù)時刻的各自頻譜之間必然存在聯(lián)系[3]，假設(shè)n-1時刻的N點DFT結(jié)果為Xk(n-1)，n時刻的結(jié)果為Xk(n)。

(1)

(2)

根據(jù)式(1)和式(2)可以推出

=[Xk(n-1)-x(n-N)+x(n)]ej2πk/N

(3)

可以看出,計算Xk(n)只要通過前一個點Xk(n- 1)減去x(n-N)，加上現(xiàn)在的x(n)，再進(jìn)行相移來計算，遞歸結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 逐點滑動DFT的遞歸結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 遞歸逐點滑動DFT的頻域加窗

由于DFT在當(dāng)前時刻對N點數(shù)據(jù)進(jìn)行信號進(jìn)行處理時，相當(dāng)于人為的加了矩形窗對數(shù)據(jù)截斷，這樣會造成頻譜泄漏。為了減少頻譜泄漏對后續(xù)信號處理的影響，通常對信號在時域加非矩形窗(如漢寧窗、漢明窗等)，通過減小信號旁瓣幅度來降低DFT的頻譜泄漏。但是如果在時域加窗會使得上面的遞歸逐點滑動DFT式(3)不成立，因此考慮對數(shù)據(jù)做完遞歸逐點DFT后進(jìn)行頻域加窗處理。由DFT的性質(zhì)可知,時域乘積等效于頻域的周期卷積，即數(shù)據(jù)為x(n)，窗函數(shù)為w(n)可得

y(n)=x(n)w(n)?Y(n,k)=X(n,k)·W(k)

(4)

窗函數(shù)選用N點漢寧窗來進(jìn)行進(jìn)行頻域加窗[4]，因為漢寧窗的DFT結(jié)果只有三個非零值，對三個非零值同時進(jìn)行整數(shù)倍放大，可得三個值為分別為W(-1)=-1，W(0)=2，W(1)=-1，所以頻域加窗的表達(dá)式為

Y(n,k)=X(n,k)·W(k)=X(n,k)·W(0)+

X(n,k+1)·W(-1)+X(n,k-1)·W(1)

(5)

所以根據(jù)式(5)可以完成對逐點DFT后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域加窗來降低頻譜泄露,從而得到基于遞歸的逐點DFT信道化頻域加窗結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遞歸逐點滑動DFT的頻域加窗結(jié)構(gòu)圖

2 基于逐點滑動的信道化的干擾機(jī)技術(shù)

2.1 逐點滑動DFT技術(shù)

數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)的干擾機(jī)的結(jié)構(gòu)主要分為三個部分，如圖4所示。

圖4 數(shù)字信道化下雷達(dá)干擾機(jī)基本結(jié)構(gòu)

2.2 仿真分析

本文采用遞歸算法的逐點DFT信道化結(jié)構(gòu)，每次滑動作32點DFT，采樣率fs為1.2GHz，因此干擾機(jī)對應(yīng)的時間分辨率為0.83ns，頻率分辨率為37.5MHz。雷達(dá)信號S(t)選用線性調(diào)頻信號，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(6)

其中信號時寬T為10μs，帶寬B為40MHz，中心頻率f0為300MHz，信號PRI設(shè)置為40μs，到達(dá)雷達(dá)干擾機(jī)時間為5μs。對信號添加信噪比為0dB的噪聲信號，仿真得雷達(dá)的時域和頻域圖如圖5所示。

圖5 雷達(dá)信號時域頻域圖

采用遞歸算法的逐點滑動DFT信號化結(jié)構(gòu)對雷達(dá)信號接收，經(jīng)過AD采樣后對數(shù)據(jù)逐點作32點DFT，然后經(jīng)過頻域加窗，可以得到信號的信道化接收圖如圖6所示。

圖6 信道化干擾機(jī)對雷達(dá)信號的接收

可以清楚地看到雷達(dá)信號出現(xiàn)在第8和第9信道內(nèi)，但是由于信道的交疊，同時部分雷達(dá)信號也會出現(xiàn)在第7和第10信道內(nèi)。對信道內(nèi)的的信號進(jìn)行CFAR處理后，根據(jù)信號的連續(xù)性判別，判別依據(jù)是當(dāng)前時刻信道內(nèi)有信號時標(biāo)志位置1，連續(xù)8個時刻，如果8個時刻的標(biāo)志位相加大于6即判斷信號連續(xù)存在，最終可以得到信號位于第8和第9信道內(nèi)，對兩個信道的信號進(jìn)行疊加合成，可以得到兩個合成信號的時域和頻域圖像如圖7所示，對比圖3可以看出對信號可以進(jìn)行完整準(zhǔn)確的接收。

圖7 信道內(nèi)接收信號的時域頻域圖像

對上面接收的信號進(jìn)行距離維調(diào)制產(chǎn)生一個在距干擾機(jī)300m位置的單假目標(biāo)，在時域相當(dāng)于滯后2μs，通過仿真可以得到調(diào)制后干擾信號對雷達(dá)的脈壓效果如圖8所示，可以看出干擾信號對雷達(dá)脈壓效果和單純的雷達(dá)真實信號回波本身做脈壓效果基本一致并且在時域相距2μs，具有很好的脈壓效果。干擾調(diào)制時給信號進(jìn)行多普勒調(diào)制，進(jìn)行仿真可以得到雷達(dá)對干擾信號也具有很好的MTD效果，如圖9所示。

圖8 干擾信號對雷達(dá)脈壓圖

圖9 干擾信號對雷達(dá)MTD圖

上述我們進(jìn)行了單個假目標(biāo)干擾的效果仿真，這只是一種最基本的并且具有代表性的欺騙式干擾，我們還可以通過調(diào)制形成多假目標(biāo)等欺騙式干擾。接下來我們再對上述接收后的信號進(jìn)行靈巧噪聲卷積干擾樣式的壓制類干擾樣式仿真。靈巧噪聲卷積噪聲干擾是將干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行存儲，然后經(jīng)過調(diào)制器將視頻噪聲信號與存儲的雷達(dá)信號作卷積，經(jīng)功率放大器放大后將信號進(jìn)行發(fā)射的干擾方法[5]，選用均值為0，方差為1，時寬為15μs的高斯白噪聲信號作為視頻噪聲信號。將高斯白噪聲與接收到的雷達(dá)信號做卷積調(diào)制得到的干擾信號來做脈壓和MTD，得到的圖像如圖10、圖11所示。

圖10 干擾信號對雷達(dá)脈壓圖

圖11 干擾信號對雷達(dá)MTD圖

圖10和圖11可以看到靈巧噪聲干擾信號經(jīng)雷達(dá)的匹配濾波后出現(xiàn)了遮蓋波形，能夠完全遮蓋雷達(dá)本身信號的脈壓結(jié)果，可以產(chǎn)生很好地壓制干擾效果。

通過上面的仿真可以看出，采用遞歸算法的逐點滑動DFT信道化結(jié)構(gòu)進(jìn)行的干擾機(jī)設(shè)計能夠很好地對雷達(dá)信號在信噪比為0dB的環(huán)境下進(jìn)行準(zhǔn)確的高精度接收，并且能夠很好地產(chǎn)生欺騙性干擾和壓制性干擾兩類干擾樣式。

3 結(jié)束語