沈義龍，王坤，靳浩，懷洋

(中國(guó)洛陽電子裝備試驗(yàn)中心,河南 洛陽 471003)

0 引言

在與應(yīng)答式及轉(zhuǎn)發(fā)式有源干擾的對(duì)抗博弈過程中，為了提高抗干擾能力，雷達(dá)采用射頻(radio frequency,RF)掩護(hù)的抗干擾方式[1-2]，取得了較好的對(duì)抗效果。其具體做法就是在雷達(dá)工作脈沖的前方或后方發(fā)射掩護(hù)脈沖，一般情況下，掩護(hù)脈沖與工作脈沖在頻譜上錯(cuò)開，脈寬上有所差異或者完全一致，使得干擾機(jī)難以區(qū)分真實(shí)脈沖與掩護(hù)脈沖，發(fā)生誤判，降低干擾效果甚至使干擾失效。尤其對(duì)于基于數(shù)字干擾合成技術(shù)的干擾機(jī)，在多數(shù)情況下都會(huì)發(fā)生頻率引導(dǎo)錯(cuò)誤，導(dǎo)致干擾無效。

針對(duì)這一新情況，本文提出了一種新的干擾策略，即干擾機(jī)利用其偵察的時(shí)間段對(duì)偵收到的信號(hào)進(jìn)行判斷，若發(fā)現(xiàn)雷達(dá)采用了射頻掩護(hù)的抗干擾措施，則將掩護(hù)脈沖與工作脈沖看作是一個(gè)脈沖簇，對(duì)其實(shí)施干擾，由于工作脈沖與掩護(hù)脈沖在時(shí)間上是錯(cuò)開的，因此采用這種方式并不影響干擾對(duì)真實(shí)脈沖的功率分配，只是多占了一部分干擾機(jī)的時(shí)間資源[3-4]。

1 雷達(dá)射頻掩護(hù)

1.1 雷達(dá)常用的射頻掩護(hù)的類型

為了達(dá)到使干擾機(jī)引導(dǎo)錯(cuò)誤的這一目的，雷達(dá)常用的射頻掩護(hù)方式一般為前掩護(hù)的方式，具體可分為單掩護(hù)脈沖和雙掩護(hù)脈沖，掩護(hù)脈沖與工作脈沖的工作頻率及脈寬一般有所差異，實(shí)際中比較常見的射頻掩護(hù)有以下幾種，如圖1所示。

圖1 常用的射頻掩護(hù)方式

掩護(hù)脈沖一般配置于工作脈沖的前方(單掩護(hù)模式)，為了增強(qiáng)迷惑性，亦可在工作脈沖前方配置2個(gè)掩護(hù)脈沖或者前、后方各配置1個(gè)掩護(hù)脈沖(雙掩護(hù)模式)。另外掩護(hù)脈沖的工作頻率以及脈沖寬度可以與工作脈沖相同或者不同，圖1分別示意了雷達(dá)雙掩護(hù)脈沖與單掩護(hù)脈沖的不同組合形式。其中，第1行為前后射頻掩護(hù)，掩護(hù)脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率各不相同；第2行為雙前掩護(hù)脈沖，掩護(hù)脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率各不相同；第3行為單前掩護(hù)脈沖，掩護(hù)脈沖與工作脈沖脈寬不同；第4行為單前掩護(hù)脈沖，掩護(hù)脈沖與工作脈沖脈寬相同，頻率不同。

1.2 雷達(dá)射頻掩護(hù)的對(duì)抗優(yōu)勢(shì)

在本節(jié)分析中，假設(shè)雷達(dá)按照?qǐng)D1中第4行所示的射頻掩護(hù)方式工作。

當(dāng)雷達(dá)不采用射頻掩護(hù)時(shí)，其發(fā)射信號(hào)可表示為

(1)

式中:A為信號(hào)幅度；T為脈沖寬度；μ為調(diào)頻斜率。

當(dāng)采用射頻掩護(hù)時(shí)，假設(shè)采用前掩護(hù)，掩護(hù)脈沖信號(hào)與工作脈沖信號(hào)具有相同的脈內(nèi)調(diào)制特性，脈寬相同，頻率與工作脈沖頻差為Δf，時(shí)間間隔為Δt，掩護(hù)脈沖可表示為

(2)

采用掩護(hù)脈沖時(shí)，發(fā)射信號(hào)可表示為

sRc(t)=s′(t)+s(t-Δt).

(3)

當(dāng)干擾機(jī)采用寬帶噪聲干擾時(shí)，雷達(dá)是否采用射頻掩護(hù)最終的干擾效果一致；當(dāng)干擾機(jī)采用窄帶噪聲干擾時(shí)，雷達(dá)采用射頻掩護(hù)就可能使干擾機(jī)發(fā)生引導(dǎo)錯(cuò)誤,使得干擾無效或者迫使干擾機(jī)使用較寬頻帶的噪聲,從而降低有效干擾功率，進(jìn)而削弱干擾效果。

當(dāng)干擾機(jī)采用欺騙干擾時(shí)，雷達(dá)使用射頻掩護(hù)的抗干擾模式時(shí)，對(duì)于現(xiàn)階段廣泛運(yùn)用的收發(fā)分時(shí)類的干擾機(jī)，一般采用下降沿觸發(fā)的干擾方式[5-7]。當(dāng)干擾機(jī)偵收到前掩護(hù)脈沖的下降沿時(shí)觸發(fā)干擾，以掩護(hù)脈沖為目標(biāo)進(jìn)行干擾，即發(fā)生引導(dǎo)錯(cuò)誤，而當(dāng)工作脈沖到來時(shí)，干擾機(jī)正處于干擾發(fā)射狀態(tài)，無法對(duì)工作脈沖實(shí)施干擾，從而導(dǎo)致干擾無效[8-10]。圖2所示即為上述情況下，干擾機(jī)的收發(fā)時(shí)序與雷達(dá)射頻掩護(hù)時(shí)序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 雷達(dá)射頻掩護(hù)時(shí)序與對(duì)應(yīng)的干擾機(jī)收發(fā)時(shí)序

從圖2可以明顯看出，干擾機(jī)在接收到前掩護(hù)脈沖后，以前掩護(hù)脈沖為樣本，立即觸發(fā)干擾，干擾信號(hào)載頻為f1；而當(dāng)雷達(dá)載頻為f0的工作脈沖到達(dá)干擾機(jī)時(shí)，干擾機(jī)正處于發(fā)射狀態(tài)，無法對(duì)雷達(dá)工作脈沖有效偵收，從而無法實(shí)施有效的干擾。

2 干擾方法

2.1 常用的應(yīng)對(duì)措施及其分析

通過第1部分的分析可知，雷達(dá)在采用射頻掩護(hù)的抗干擾措施時(shí)，干擾效果削弱甚至無效的主要原因是干擾機(jī)沒有正確識(shí)別射頻掩護(hù)脈沖與工作脈沖。針對(duì)這一情況，目前有2種較為常見的處理方法：

方法1為采用噪聲干擾，即采用能夠覆蓋掩護(hù)脈沖頻率及工作脈沖頻率的寬帶噪聲或者窄帶噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)射頻掩護(hù)的干擾。噪聲干擾的方式干擾信號(hào)能量利用率低，干擾效益較低，尤其對(duì)于相參體制的雷達(dá)，干擾效果急劇下降。

方法2為采用數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)，增加脈沖存儲(chǔ)的深度[11]，使得存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度不小于掩護(hù)脈沖及工作脈沖的總時(shí)長(zhǎng)之和。將這種情況下存儲(chǔ)的全部信號(hào)(包括射頻掩護(hù)信號(hào))作為樣本，進(jìn)行欺騙干擾調(diào)制；接收時(shí)間到后轉(zhuǎn)入干擾，干擾過程中同時(shí)(疊加)輸出對(duì)各接收脈沖的干擾信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)射頻掩護(hù)的有效干擾。該方法的干擾時(shí)序如圖3所示。

圖3 增加存儲(chǔ)深度后的干擾時(shí)序

該方法通過增加脈沖存儲(chǔ)的深度，能夠保證對(duì)工作脈沖實(shí)現(xiàn)干擾，但當(dāng)雷達(dá)采用的工作脈沖與前掩護(hù)脈沖之間間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生的欺騙干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)信號(hào)處理之后將遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與目標(biāo)回波信號(hào)，非常容易被雷達(dá)操作手識(shí)別。按照本文所述的射頻掩護(hù)方式，其干擾的表達(dá)式為

Jam(t)=sRc[t-(2T+Δt)],

(4)

式中:T為脈沖寬度。不難看出，干擾延遲時(shí)間為(2T+Δt)，當(dāng)延遲時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，干擾將遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于目標(biāo)。

針對(duì)這一情況，一個(gè)較為簡(jiǎn)易的改進(jìn)措施即為跨周期干擾[12-14]：干擾機(jī)在偵收到全部信號(hào)后，暫不發(fā)送干擾，等待雷達(dá)的下一個(gè)工作周期再釋放干擾，這樣便可靈活控制干擾信號(hào)與回波信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，從而使得操作手無法判別，達(dá)到欺騙干擾的目的，其表達(dá)式為

Jam′(t)=sRc(t-PRT-Δt′),

(5)

式中:PRT為脈沖重復(fù)周期;Δt′為可控的時(shí)間延遲，通過調(diào)整，可以控制干擾與目標(biāo)回波的時(shí)間關(guān)系，甚至達(dá)到干擾超前目標(biāo)回波的效果，使得操作手難以區(qū)分目標(biāo)與干擾，達(dá)到干擾的目的。但是，這種方式無法適應(yīng)頻率捷變。

2.2 基于脈沖簇判斷的干擾方法及其分析

根據(jù)2.1節(jié)的分析可知，現(xiàn)行的針對(duì)射頻掩護(hù)的干擾措施均存在一定的不足。本文提出了基于脈沖簇判斷的干擾方法，采用直接數(shù)字合成技術(shù)，能夠有效解決上述2種方法中的不足。

在干擾機(jī)偵偵收階段，添加一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯判斷鏈路，即通過信號(hào)偵察，將間隔較小的脈沖串聯(lián)起來作為一個(gè)脈沖簇，通過信號(hào)的分選識(shí)別，得到該脈沖簇的信號(hào)特征，具體包括該簇脈沖中各個(gè)脈沖的信號(hào)狀態(tài)字及各個(gè)脈沖的時(shí)間關(guān)系，將該脈沖簇的信息作為一個(gè)整體干擾對(duì)象。在內(nèi)存中開辟一段空間存儲(chǔ)威脅庫，將上述脈沖簇的特征添加至威脅庫。

在干擾階段，當(dāng)干擾機(jī)偵收到脈沖簇信號(hào)時(shí)，首先通過部分特征(如起始脈沖的頻率)與威脅庫匹配，若匹配失敗，則將當(dāng)前脈沖簇信息添加至威脅庫；若匹配成功，立即轉(zhuǎn)入干擾，干擾機(jī)根據(jù)威脅庫中的信息，直接產(chǎn)生相應(yīng)的干擾信號(hào)。圖4為脈沖簇干擾方法及干擾時(shí)序示意圖。

通過威脅識(shí)別與庫匹配的手段，能夠快速生成干擾信號(hào)，克服了干擾信號(hào)滯后時(shí)間長(zhǎng)的不足，能夠適應(yīng)雷達(dá)工作脈沖與前掩護(hù)脈沖時(shí)間間隔較長(zhǎng)的情況，使得雷達(dá)操作手難以區(qū)分目標(biāo)回波與干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)雷達(dá)射頻掩護(hù)的有效干擾。

對(duì)于射頻掩護(hù)加頻率捷變的抗干擾方式，由于干擾機(jī)不斷地將脈沖簇信號(hào)特征添加至威脅庫的原因，在干擾機(jī)瞬時(shí)帶寬及干擾通道允許的條件下，仍具有一定的適應(yīng)性。

3 仿真及實(shí)驗(yàn)情況

本節(jié)主要對(duì)第2節(jié)提到的干擾方法進(jìn)行仿真[15]，直觀地給出其干擾效果。仿真中假設(shè)雷達(dá)采用前射頻掩護(hù)的模式，掩護(hù)脈沖與工作脈沖工作頻率分布為3.0 GHz，3.1 GHz，脈寬均為50 μs，重復(fù)周期為3 ms，間隔為22 μs。仿真結(jié)果中，圖5為雷達(dá)射頻掩護(hù)信號(hào)的特征，其中a)，c)為發(fā)射信號(hào)的時(shí)域及頻域特征，b)，d)為接收信號(hào)中頻經(jīng)脈沖壓縮后的信號(hào)特征。從中不難看出雷達(dá)僅對(duì)3.1 GHz的工作脈沖進(jìn)行匹配濾波處理，對(duì)于掩護(hù)脈沖不作處理。

圖6為不同干擾樣式的干擾效果圖。其中，圖6a)為未采取改進(jìn)前，干擾機(jī)按照下降沿觸發(fā)的原則釋放干擾，在本例中，干擾機(jī)收到前掩護(hù)脈沖的下降沿即觸發(fā)干擾，最終使得干擾以掩護(hù)脈沖為對(duì)象進(jìn)行干擾，發(fā)生干擾引導(dǎo)錯(cuò)誤，最終干擾無效。圖6 a)上半部分表明，在時(shí)域上，接收信號(hào)經(jīng)脈壓后，僅在目標(biāo)位置處有一個(gè)峰值，而干擾則沒有任何峰值，干擾無效；圖6 a)下半部分表明，在頻域上，工作脈沖的3.1 GHz附近沒有干擾信號(hào)。時(shí)、頻域均表明，干擾無效。

圖5 射頻掩護(hù)信號(hào)特征

圖6b)為采用本文提到的方式2應(yīng)對(duì)方式時(shí)的干擾效果。干擾機(jī)通過增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)深度，待將掩護(hù)脈沖與工作脈沖全部接收完成后，再共進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)，生成最終的干擾信號(hào)。這種做法將掩護(hù)脈沖與工作脈沖同時(shí)干擾，在原理上可以保證工作工作脈沖受到干擾，但是干擾發(fā)出的時(shí)間不小于“掩護(hù)脈沖寬度+脈沖間隔+工作脈沖寬度”，在本例中為122 μs(50 μs+22 μs+50 μs)，這種時(shí)間長(zhǎng)度，將導(dǎo)致距離最近的干擾信號(hào)回波滯后于目標(biāo)回波18.3 km，干擾很容易被操作手識(shí)別，因此雖然有干擾，但是該方式不可取。圖6 a)上半部分表明，在時(shí)域上，干擾滯后目標(biāo)較多；下半部分則表明，在頻域上干擾的真實(shí)存在。

圖6 干擾仿真

圖6c)為針對(duì)圖6 b)所采用的方式2的一種改進(jìn)策略，即在該方式的基礎(chǔ)上采用跨周期的干擾策略，通過對(duì)雷達(dá)工作周期的準(zhǔn)確測(cè)量，改變干擾在時(shí)域上的出現(xiàn)位置，實(shí)現(xiàn)干擾與目標(biāo)出現(xiàn)位置一致，甚至部分超前的情況，如圖6 c)的上半部分。但是采用跨周期干擾的方式無法適應(yīng)頻率捷變，即雷達(dá)在射頻掩護(hù)的抗干擾的基礎(chǔ)上疊加上頻率捷變的抗干擾措施，則該方式干擾無效。

圖6d)為采用本文提到的方式3應(yīng)對(duì)方式時(shí)的干擾效果。干擾機(jī)在脈沖簇的識(shí)別與庫匹配之后，按照庫里的信號(hào)參數(shù)，通過直接數(shù)字信號(hào)生成，經(jīng)調(diào)制后形成干擾信號(hào)。干擾信號(hào)的滯后時(shí)間由脈沖簇識(shí)別與庫匹配的時(shí)間決定。在當(dāng)前的技術(shù)水平下，識(shí)別與匹配的總時(shí)間可以控制在微秒量級(jí)，干擾信號(hào)可以較快發(fā)出，干擾滯后較少，不易被識(shí)別。具有一定的適應(yīng)頻率捷變信號(hào)的能力。從圖中的時(shí)、頻域分析可知，干擾信號(hào)滯后時(shí)間較短，干擾有效。

4 結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)抗雷達(dá)射頻掩護(hù)的研究與實(shí)踐中，采用寬帶噪聲或是瞄頻噪聲的干擾方式，由于干擾與雷達(dá)信號(hào)相關(guān)性差，無法得到雷達(dá)信號(hào)處理中的脈沖壓縮及脈沖積累等過程的增益，在對(duì)抗過程中劣勢(shì)較為明顯。

單純基于下降沿觸發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，由于發(fā)生干擾引導(dǎo)錯(cuò)誤，導(dǎo)致干擾無效。

增加脈沖存儲(chǔ)深度后的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，在對(duì)抗長(zhǎng)脈沖的過程中，會(huì)產(chǎn)生干擾滯后目標(biāo)距離較遠(yuǎn)的情況，容易被操作手識(shí)別，從而剔除干擾。經(jīng)過改進(jìn)后，即采用跨周期干擾后，干擾的實(shí)時(shí)性降低，且無法適應(yīng)頻率捷變的信號(hào)樣式。

基于本文提出的脈沖簇的識(shí)別方法，能夠很好克服長(zhǎng)脈沖的情況，可靠地保證干擾發(fā)出時(shí)間，不會(huì)產(chǎn)生干擾遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于目標(biāo)的情況。另外，由于威脅庫的創(chuàng)建，對(duì)頻率捷變的信號(hào)樣式具有一定的適應(yīng)性。