楊祎綪，王 波，鄒 鵬

(1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101；2.解放軍95478部隊，重慶 401329)

0 引 言

現(xiàn)代雷達為了提高作用距離，普遍采用脈沖壓縮波形，主要包括線性調(diào)頻信號、非線性調(diào)頻信號、相位編碼信號等波形。相位編碼雷達是用碼元對載頻信號調(diào)相后作為發(fā)射波形的雷達，按其調(diào)相碼字有無周期性，可分為偽隨機調(diào)相碼和固定編碼調(diào)相碼；按其調(diào)相碼字制式的不同，可以分為二相編碼和多相編碼。一般二相編碼采用對載波信號進行0、π調(diào)相來實現(xiàn)，而多相編碼則讓相位在多個數(shù)值之間變化，因此，多相編碼雷達較二相編碼雷達在碼字的選擇上具有更大的靈活性，在信號處理時更易找到相關(guān)性能良好的碼字。常見的多相碼包括泰勒(Taylor)四相碼、弗蘭克碼、霍夫曼碼等，但多相編碼雷達在實現(xiàn)上較二相編碼雷達復(fù)雜程度大大增加。故在實踐中般多采用二相編碼雷達[1]。

目前，對線性調(diào)頻雷達信號的干擾在業(yè)界研究比較多，已有卷積干擾、移頻干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾等多種干擾樣式可以對線性調(diào)頻雷達實現(xiàn)有效干擾[2]，而對相位編碼雷達的干擾研究較少。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是電子干擾的一種重要實現(xiàn)方式，其通過接收、存儲、調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā)雷達信號的方式完成對雷達的壓制性干擾或欺騙性干擾[3]。因此，受對線性調(diào)頻雷達間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式的啟發(fā)，本文分析了不同調(diào)制方式的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾，并就不同間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾效能進行了仿真。

1 相位編碼信號波形調(diào)制過程分析

與線性調(diào)頻信號及非線性調(diào)頻信號不同，相位編碼信號的相位調(diào)制函數(shù)是離散的有限狀態(tài)，屬于“離散型”編碼脈沖壓縮信號。由于相位編碼采用偽隨機序列，因此這類信號也稱為偽隨機編碼信號。相位編碼信號在時寬帶寬積較小的情況下，主副比大，信號波形的“隨機性”易于實現(xiàn)“捷變”，有利于提高雷達系統(tǒng)的抗截獲能力。但其缺點是相位編碼信號對多普勒敏感，當(dāng)回波信號存在多普勒頻移時，會嚴(yán)重影響脈壓性能，故只能應(yīng)用于多普勒頻率范圍較窄的場合。

單個相位編碼脈沖的復(fù)信號數(shù)學(xué)表達式為：

(1)

圖1 相位編碼信號的時頻域

2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾過程分析

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾作為欺騙干擾的一種，通過對雷達信號進行采樣及轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)對雷達的干擾。首先對接收到的雷達射頻信號進行下變頻處理，經(jīng)過下變頻以后的信號變成中頻基帶信號，然后對中頻基帶的模擬信號進行采樣，再對采樣數(shù)據(jù)進行存儲，在需要實施干擾的時候，將存儲數(shù)據(jù)讀出，加以適當(dāng)?shù)母蓴_調(diào)制，恢復(fù)成為模擬中頻基帶信號，最后經(jīng)過上變頻把基帶干擾信號轉(zhuǎn)換為射頻干擾信號發(fā)射出去，通常上下變頻所用的是同一本振。

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾從調(diào)制方式上可以分為時域調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)和頻域調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾。時域調(diào)制間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以分為間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾、間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾和間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾。由于相位編碼信號壓縮后的群延時由編碼序列和子脈沖寬度決定，而與頻率無關(guān)，移頻干擾不能實現(xiàn)假目標(biāo)位置的移動[4]，因此頻域調(diào)制間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾主要通過噪聲調(diào)制來實現(xiàn)。

2.1 時域調(diào)制間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

(1) 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾是最簡單和最基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。第1個脈沖由干擾系統(tǒng)在偵獲到敵雷達信號后，截取寬度為tg的片段，經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)延遲td2后轉(zhuǎn)發(fā)；在經(jīng)過一定的工作延遲tc后，截取第2個干擾脈沖片段，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾的工作示意如圖2所示。

圖2 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾工作示意圖

(2) 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾時序如圖3所示，干擾系統(tǒng)在偵獲到敵雷達信號后開始進行存儲，存儲完片段tg后立刻經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)延遲td2轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)時，為了提高時間效率，對該片段進行重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，在轉(zhuǎn)發(fā)一定寬度后再進行下一樣本的采樣。

圖3 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾工作示意圖

(3) 間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)在轉(zhuǎn)發(fā)時通過循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)已采樣的多個片段來提高樣本的更新速率，其時序圖如圖4所示。干擾系統(tǒng)在偵獲到敵雷達信號后，對雷達信號進行采樣并截取寬度為tg的片段進行存儲及轉(zhuǎn)發(fā)，第2次存儲時，將該片段存儲在另一個存儲區(qū)間中，在轉(zhuǎn)發(fā)時按照順序依次將存儲的2個片段都進行轉(zhuǎn)發(fā)；以后的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)過程繼續(xù)進行樣本積累和循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)。

圖4 間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾工作示意圖

2.2 噪聲調(diào)制間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾通過噪聲n(t)直接卷積干擾機采樣存儲的雷達信號片段產(chǎn)生。噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號的數(shù)學(xué)表達式為：

Jn(t)=n(t)?Jc(t)

(2)

式中：Jc(t)為干擾機采樣儲存的雷達信號。

噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號進入敵雷達接收機并經(jīng)過其脈沖壓縮信號處理后的結(jié)果為：

y(t)=Jn(t)?s(-t)=

n(t)?Jc(t)?s(-t)

(3)

式中：s(-t)為敵雷達脈沖壓縮匹配副本，是敵雷達信號s(t)的時間反轉(zhuǎn)信號。

頻域上可表式為：

Y(f)=N(f)×Jc(f)×S*(f)

(4)

式中：S*(f)為s(t)的頻域函數(shù)S(f)的共軛函數(shù)。

由于Jc(t)為截取的部分雷達信號，因此：

Y(f)=N(f)×|Jc(f)|2

(5)

根據(jù)式(3)，雷達脈沖壓縮的結(jié)果y(t)可進一步表示為：

y(t)=n(t)?F-1(|Jc(f)|2)

(6)

式中：F-1為傅里葉逆變換。

從式(6)可以得出，用噪聲信號n(t)與轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機采集到的雷達信號進行卷積形成噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號，信號進入敵雷達后，經(jīng)過敵雷達信號處理的結(jié)果等效于噪聲信號n(t)與F-1(|Jc(f)|2)進行卷積處理的結(jié)果,使噪聲信號n(t)獲得了一定的脈沖壓縮增益，增強了噪聲信號n(t)的干擾效果。

3 仿真與分析

設(shè)目標(biāo)距離R=30 km，雷達發(fā)射功率Pt=20 kW，雷達信號脈寬為Tp=20 μs，雷達天線增益Gt=Gr=45 dB，目標(biāo)的雷達反射截面積σ=10 m2，雷達信號載頻為fc=9 GHz；轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機發(fā)射功率Pj=100 W，干擾天線增益Gj=20 dB，干擾信號從雷達的主瓣天線進入，干擾信號對雷達天線的極化系數(shù)為rj=0.1。

設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的采樣延遲td1=0.5 μs，采樣片段長度為tg=3 μs，轉(zhuǎn)發(fā)延遲分別為td2=0.5 μs和td2=32 μs，則對以相位編碼信號為探測波形的雷達進行間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾性能仿真如圖5所示，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾性能仿真如圖6所示，間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾性能仿真如圖7所示，噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾性能仿真如圖8所示。

圖6 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾性能仿真

圖7 間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾性能仿真

圖8 噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾性能仿真

分析圖5可得出: 由于轉(zhuǎn)發(fā)延遲的不同，間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達信號形成不同的干擾效能。圖5(a)中由于轉(zhuǎn)發(fā)延遲小時，干擾信號經(jīng)過脈沖壓縮后旁瓣幅值超過雷達回波信號脈沖壓縮主瓣幅值，因此雷達回波信號的脈沖壓縮主瓣被淹沒在干擾信號的脈沖壓縮旁瓣中，對雷達造成了置后的距離欺騙性干擾的同時也造成了壓制性干擾；圖5(b)中由于轉(zhuǎn)發(fā)式干擾延遲大，造成干擾信號只對雷達回波信號產(chǎn)生置后的多個距離假目標(biāo)，無法覆蓋回波信號，但是對于距離滯后于干擾機的其他目標(biāo)，也可以實現(xiàn)壓制性干擾，應(yīng)用到支援干擾中。

圖5 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾性能仿真

分析圖6和圖7可得出：在轉(zhuǎn)發(fā)時延較小的情況下，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾和間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)過脈壓后得到的主瓣和旁瓣功率相差不大，并且覆蓋了雷達的回波信號，因此形成了壓制性干擾；在轉(zhuǎn)發(fā)時延較大的情況下，脈壓后得到的信號在距離上滯后于回波信號，因此無法覆蓋回波信號，但是對于距離上滯后于干擾機的目標(biāo)，通過控制轉(zhuǎn)發(fā)延遲可以實現(xiàn)壓制性干擾，因此也可以應(yīng)用到支援干擾中。

分析圖8可得出：由于經(jīng)過噪聲調(diào)制的轉(zhuǎn)發(fā)干擾與脈沖壓縮的副本不匹配，因此，干擾信號經(jīng)雷達脈沖壓縮處理后比頻域上無調(diào)制的轉(zhuǎn)發(fā)干擾獲得的脈沖壓縮增益小。在轉(zhuǎn)發(fā)延遲較小的情況下，噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾同樣可對雷達形成壓制性干擾；在轉(zhuǎn)發(fā)延遲較大的情況下，噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號在時域上與雷達回波信號完全分離，不能對雷達回波信號形成有效干擾，但是同樣可以對滯后于干擾機的其他目標(biāo)實現(xiàn)支援干擾。

4 結(jié)束語

本文對相位編碼雷達的工作原理和轉(zhuǎn)發(fā)干擾的工作原理進行了剖析，在此基礎(chǔ)上著重對間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾、間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾、間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾、噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾對相位編碼雷達的干擾性能進行了研究。通過信號級的仿真發(fā)現(xiàn)，對以相位編碼信號作為探測波形的雷達而言，幾種轉(zhuǎn)發(fā)樣式只要轉(zhuǎn)發(fā)時延足夠短，都能對該雷達形成有效的壓制性干擾，實現(xiàn)自衛(wèi)干擾；而轉(zhuǎn)發(fā)時延大時，只能對滯后于干擾機的其他目標(biāo)進行支援干擾。同時還能發(fā)現(xiàn)，同樣條件下，經(jīng)過噪聲調(diào)制的轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號獲得的脈沖壓縮增益小，因此，要想獲得同樣的干擾效果，經(jīng)過噪聲調(diào)制的轉(zhuǎn)發(fā)干擾需要的干擾功率大于無頻域調(diào)制的轉(zhuǎn)發(fā)干擾。