李辰梓 馬若飛 余建宇 石伯翔

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著數(shù)字射頻存儲(DRFM)干擾機的廣泛應用，干擾信號的相參性越來越高，使得雷達抗干擾技術(shù)變得極為重要。目前雷達采取的抗干擾措施多種多樣，例如典型的空域抗干擾措施為旁瓣對消和旁瓣匿影；頻域采用的措施為頻率分集和頻率捷變技術(shù)；波形域的抗干擾手段有射頻掩護、噪聲調(diào)制信號、自適應波形變換等，其中射頻掩護是指為了保護雷達真實脈沖信號而設(shè)計的具有欺騙性的射頻脈沖波形，并且射頻掩護信號與真實脈沖信號時間上具有不確定性，頻率上相差從十幾兆赫茲到上百兆赫茲。經(jīng)過實驗表明，雷達方采取射頻掩護手段后能夠普遍降低干擾機對雷達的干擾效果。由于雷達對抗的特殊性，對此方面公開發(fā)表的文章很少。本文從射頻掩護信號波形入手，先分析掩護脈沖對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的影響方式，進一步提出基于間歇采樣的雷達干擾手段對掩護脈沖雷達的干擾效能分析。文獻[2]分析了射頻掩護對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的影響，提出了相應的對抗方法但僅限于理論說明；文獻[3]研究了不同類型的射頻掩護脈沖對應答式干擾機的影響，得到合理設(shè)計掩護脈沖波形可以對抗應答式干擾機的結(jié)論；文獻[4]分析了不同功率比和頻率差情況下連續(xù)波掩護信號對IFM接收機測頻的干擾效果。文獻[5]對射頻掩護雷達的兩種基本波形進行了簡要介紹，并理論分析了三種對抗射頻掩護的干擾方法，但僅限于理論，未進行詳細結(jié)構(gòu)介紹以及仿真。本文將詳細分析掩護脈沖信號對轉(zhuǎn)發(fā)式DRFM干擾機的影響，并最終分析仿真基于間歇采樣干擾樣式對于射頻掩護的干擾效果。

1 射頻掩護

射頻掩護這一方法是指利用虛假的輻射源發(fā)射誘偏信號或者雷達自身發(fā)射虛假信號進行的一種抗干擾手段來對抗干擾設(shè)備，目的是為了讓干擾機無法檢測到真實雷達信號從而無法對真實脈沖進行有效干擾。射頻掩護這一抗干擾措施也是由于脈沖行波管的工程效應偶然被發(fā)現(xiàn)，行波管發(fā)射雷達信號時，自身受到視頻脈沖控制來將射頻脈沖送到射頻輸入接口，理論上視頻脈沖與射頻輸入脈沖的時鐘同步，但實際中存在差異，導致發(fā)射雷達信號前后沿會產(chǎn)生寄生調(diào)制頻譜分量，且與真實雷達信號相差較遠。因此射頻掩護會對目前轉(zhuǎn)發(fā)式DRFM干擾機起到誤觸發(fā)作用，誘騙干擾機會將主要發(fā)射干擾信號的能量全部或者大部分集中在掩護脈沖，從而無法對真實脈沖起到干擾作用。射頻掩護基本形式有時域重疊型和時域間隔型兩種，即在時域上射頻掩護脈沖與真實脈沖可以在同一時刻發(fā)出，也可以兩個完全不相關(guān)，先發(fā)射掩護脈沖后隔較短時間再發(fā)射真實脈沖信號，時域關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 時域重疊型掩護脈沖

如圖1所示，對應雷達真實脈沖，對應雷達掩護脈沖，并且射頻掩護脈沖與真實脈沖的幅度具有不確定關(guān)系，掩護脈沖能量有可能小于真實脈沖，也有可能與真實脈沖一致或大于真實脈沖信號，并且數(shù)量上掩護脈沖可以是多個，所以對于圖2時域間隔型掩護脈沖，在真實脈沖后面還可以有第2個掩護脈沖來進一步增加雷達抗干擾性能。

圖2 時域間隔型掩護脈沖

射頻掩護的作用是為了讓干擾機將截獲雷達的信號對準掩護脈沖從而保護真實信號不被檢測，所以雷達真實發(fā)射信號應當選低截獲概率特征信號例如線性/非線性調(diào)頻信號、編碼信號等。而掩護信號恰恰相反，雷達方需要對方能夠優(yōu)先檢測到該信號，即具有高截獲特性，因此一般選擇單脈沖點頻信號作為掩護信號。

但是采用射頻掩護對雷達方的性能及技術(shù)需要有一定的要求：例如若采用時域間隔型掩護脈沖，相當于展寬了發(fā)射信號的脈寬，會導致雷達的近距盲區(qū)增大。若想采用時域重疊型掩護脈沖，則需要雷達具備同時發(fā)射多波形能力，且會降低雷達的真實信號功率從而降低探測范圍，雷達探測方程為

(1)

由雷達方程可知，如果掩護脈沖功率與真實脈沖相等，即變?yōu)?5，則雷達探測距離變?yōu)?841，降低了159%，在可接受范圍內(nèi)。

所以綜上所述，雷達方采取射頻掩護手段時，一般需要保證掩護脈沖與真實脈沖在頻域上充分錯開，時域重疊掩護脈沖信號的功率不宜過大，不能影響雷達的正常探測距離，并且每個真實脈沖可根據(jù)實際情況配備一到多個掩護脈沖。

2 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是針對信號時寬較大的雷達的干擾樣式，基本方法是干擾機在接收到目標雷達信號后，先對該信號采樣一定時刻之后立馬進行轉(zhuǎn)發(fā)，緊接著再進行采樣并進行轉(zhuǎn)發(fā)，干擾機的收發(fā)是分時工作，一直到雷達信號的時寬結(jié)束，其工作原理圖如圖3所示。

圖3 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理示意圖

以線性調(diào)頻雷達信號為例，假設(shè)雷達信號為

(2)

采樣矩形脈沖信號的表達式為

(3)

所以干擾機在接收到雷達信號后，與矩形包絡(luò)相乘，可得到采樣信號()，從頻譜進行分析可知矩形脈沖包絡(luò)信號的頻譜為

(4)

雷達信號的頻譜為()，則間歇采樣頻譜可以表示為

(5)

從間歇采樣信號頻譜可以看出，該干擾樣式所得信號頻譜是原始雷達信號頻譜的延拓搬移，由于本身是對目標雷達信號的直接轉(zhuǎn)發(fā)，因此可以產(chǎn)生距離上對稱分布的假目標，但是該方法的缺點是假目標的幅值會從中心向外衰減。

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾不僅可以如圖3所示進行干擾信號產(chǎn)生，也可以根據(jù)需要如圖4所示進行產(chǎn)生：

圖4 間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理示意圖

對間歇采樣得到的信號進行調(diào)制后進行多次轉(zhuǎn)發(fā)，也可以進行間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，即采樣第段雷達信號后，將前面-1段雷達信號與本次采樣得到的信號進行疊加轉(zhuǎn)發(fā)，也可以產(chǎn)生良好的欺騙干擾效果。

3 間歇采樣對射頻掩護的干擾效能分析

本文中針對常見的兩種射頻掩護：時域重疊型和時域間隔型進行仿真分析。雷達真實脈沖均使用LFM信號，掩護脈沖信號采用點頻信號，掩護脈沖能量與真實脈沖能量相等，對應的參數(shù)如表1所示。

表1 仿真使用射頻掩護脈沖參數(shù)

對表1所列的兩種射頻掩護參數(shù)進行Matlab仿真分析，可得到對應的時域頻域仿真圖如圖5、圖6所示，其中時域間隔型掩護脈沖與真實脈沖間隔為1μs，為前后射頻掩護。

圖5 時域重疊型掩護脈沖時域頻域圖

圖6 時域間隔型掩護脈沖時域頻域圖

3.1 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)對射頻掩護干擾仿真

間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)設(shè)置為針對假定脈寬為40μs的雷達信號進行采1μs發(fā)1μs，針對時域重疊型和時域間隔型兩種掩護脈沖類型進行干擾信號產(chǎn)生仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 時域重疊型掩護脈沖間歇采樣干擾

如圖7所示為針對時域重疊型掩護脈沖進行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的仿真，從產(chǎn)生的干擾信號頻域圖7(a)可以看到干擾信號能夠?qū)ρ谧o脈沖2個不同頻點的信號均進行了轉(zhuǎn)發(fā)，從時域圖7(b)可以看出，產(chǎn)生的干擾信號之間間隔1μs時長為1μs，由于雷達信號從0時刻與掩護脈沖重疊發(fā)出時長為5μs，且真實脈沖和掩護脈沖幅度一致，所以進行收發(fā)1μs時前三次為兩個信號疊加，后面9次為真實脈沖的轉(zhuǎn)發(fā)，之后信號消失由于系統(tǒng)設(shè)定對40μs的時長進行收發(fā)1μs的間歇采樣，所以雷達信號結(jié)束后還會對噪聲信號進行8次轉(zhuǎn)發(fā)，與預期一致。發(fā)射干擾信號時會對信號進行飽和輸出，此處仿真是為了更好地區(qū)分不同時間段采發(fā)信號的不同，對干擾信號進行歸一化脈壓仿真可得圖8所示結(jié)果。

圖8 時域重疊型掩護脈沖間歇采樣干擾脈壓圖

其中虛線波形為雷達真實信號脈壓產(chǎn)生的結(jié)果，實線波形為干擾信號脈壓產(chǎn)生的結(jié)果，可以看出間歇采樣通過逐脈沖收發(fā)可以實現(xiàn)對時域重疊型掩護脈沖進行干擾，真實信號與掩護信號在時域重疊，只要兩個信號頻率在干擾機瞬時帶寬內(nèi)，則間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾均能對兩種脈沖進行同時轉(zhuǎn)發(fā)，從而產(chǎn)生假目標欺騙干擾效果。

如圖9所示為針對時域間隔型掩護脈沖進行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的仿真，從產(chǎn)生的干擾信號頻域圖9(a)可以看出，干擾信號能夠?qū)ρ谧o脈沖的3個不同頻點的信號均進行轉(zhuǎn)發(fā)，從時域圖9(b)可以看出，產(chǎn)生的干擾信號之間間隔1μs，時長為1μs，由于雷達信號為前5μs掩護脈沖，第6μs開始出現(xiàn)脈寬為24μs頻率1951MHz的真實信號，因此收發(fā)1μs直到30μs，31μs開始收發(fā)的為外界噪聲，然后對頻率為2100MHz的掩護脈沖2進行了兩次收發(fā)后，因為設(shè)置采發(fā)時長為40μs，所以后面接著對外界噪聲進行了2次收發(fā)故而幅度較低，從仿真可以看出在40μs內(nèi)按照收發(fā)1μs進行了20次收發(fā)，與預期一致。后面對干擾信號進行歸一化脈壓仿真可得圖10所示結(jié)果。

圖9 時域間隔型掩護脈沖間歇采樣干擾

圖10 時域間隔型掩護脈沖間歇采樣干擾脈壓圖

其中虛線波形為雷達真實信號脈壓產(chǎn)生的結(jié)果，實線波形為干擾信號脈壓產(chǎn)生的結(jié)果，可以看出間歇采樣通過逐脈沖收發(fā)可以實現(xiàn)對時域間隔型掩護脈沖進行干擾從而產(chǎn)生假目標欺騙干擾效果。并且無論三個脈沖哪一個是真實雷達信號，干擾機均能夠有效產(chǎn)生干擾信號，這是逐脈沖間歇采樣干擾算法的優(yōu)勢。

3.2 間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)對射頻掩護干擾仿真

從3.1章節(jié)可以看出間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以對時域重疊和時域間隔兩種掩護脈沖產(chǎn)生假目標欺騙效果，但是僅能產(chǎn)生較少的假目標。如果作戰(zhàn)任務(wù)需要掩護己方目標時該樣式無法滿足需求，會使自身或者被掩護目標暴露，因此此時需要采用間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾來產(chǎn)生壓制干擾的效果。

按照參數(shù)收發(fā)長度40μs，采樣時長1μs，發(fā)射時長1μs的參數(shù)來實現(xiàn)間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾，實現(xiàn)方式按照第2章節(jié)圖4所示方法進行產(chǎn)生。圖11和圖12分別為間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾針對時域重疊型和時域間隔型掩護脈沖的干擾仿真脈壓圖，經(jīng)過對雷達信號接收后的疊加轉(zhuǎn)發(fā)，可以看出該樣式可以產(chǎn)生多個目標。當間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的收發(fā)時間間隔越短時，形成的假目標越聚集導致雷達很難對目標在距離維度進行區(qū)分，從而可以產(chǎn)生壓制干擾效果。

圖11 時域重疊型間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓圖

圖12 時域間隔型間歇采樣循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓圖

實際場景中可以根據(jù)需要對循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的最后一次發(fā)射的脈沖片段進行連續(xù)多次發(fā)射，從而對雷達距離端進行壓制，可以對干擾機后方需要保護的目標進行“遮蔽”，對雷達端產(chǎn)生壓制干擾效果。一般采樣時間可根據(jù)工程設(shè)計最小達到百納秒級別，但這也與干擾機硬件特性相關(guān)。因此對于大脈寬雷達信號，采樣時間可適當加大，對于小脈寬信號應縮短收發(fā)時間。理論上來說收發(fā)時間長一般可產(chǎn)生欺騙干擾效果，采樣時間越短可產(chǎn)生的壓制干擾效果，并且參數(shù)需要根據(jù)雷達脈寬信號的長短進行調(diào)整才能產(chǎn)生更好的干擾效果。

4 結(jié)束語

本文通過對目前雷達常采用的掩護脈沖波形設(shè)計及對雷達干擾機帶來的影響進行了分析，研究后得出基于逐脈沖檢測的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)式干擾可在脈內(nèi)快速收發(fā)切換產(chǎn)生干擾，理論上仍能夠?qū)ρ谧o脈沖雷達進行干擾。最終通過對間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)和循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)兩種模式針對時域重疊和時域間隔兩種類型的掩護脈沖進行干擾仿真，得出了間歇采樣算法通過合理設(shè)置收發(fā)次數(shù)、采樣時間、發(fā)射時間以及根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)選用直接轉(zhuǎn)發(fā)或者循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，可以有效地針對掩護脈沖產(chǎn)生欺騙或壓制干擾效果，這對于干擾機在今后的作戰(zhàn)使用中應對采用射頻掩護抗干擾手段的雷達有較大的指導意義。