賀青 朱新國(guó) 劉傳保 吳道慶

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十四研究所 江蘇省南京市 210039）

1 引言

當(dāng)前日趨復(fù)雜的電子戰(zhàn)環(huán)境中，偵察與反偵察、干擾與抗干擾是永恒的主題。作為電磁博弈與對(duì)抗的絕對(duì)主角，現(xiàn)代雷達(dá)常處在復(fù)雜電磁作戰(zhàn)環(huán)境中，面臨的電磁干擾威脅嚴(yán)重影響目標(biāo)探測(cè)，甚至使雷達(dá)變“瞎”，無(wú)法完成正常作戰(zhàn)任務(wù)。雷達(dá)作為大功率輻射源，常常是偵察定位、干擾掩護(hù)突防的首要目標(biāo)，因此雷達(dá)反偵察與抗干擾需要持續(xù)不斷的改進(jìn)與演變。

基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)（DRFM）的間歇采樣干擾是一種高效率干擾技術(shù)，是現(xiàn)代雷達(dá)面臨的重要干擾形式，雷達(dá)常通過(guò)時(shí)域、頻域、空域、能量域、極化域多個(gè)維度進(jìn)行間歇采樣干擾對(duì)抗。其中波形對(duì)抗是一種行之有效的主動(dòng)對(duì)抗措施，是雷達(dá)進(jìn)行反偵察與抗干擾的重要手段，雷達(dá)通過(guò)波形參數(shù)的復(fù)雜調(diào)制、頻率捷變、周期抖動(dòng)、脈沖掩護(hù)等增加干擾機(jī)分選識(shí)別難度，實(shí)現(xiàn)波形發(fā)射的低截獲。

掩護(hù)波形作為重要的主動(dòng)波形對(duì)抗措施，主要通過(guò)時(shí)域、頻域、極化域等維度迷惑干擾機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)真實(shí)探測(cè)波形的保護(hù)，是一種技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)兼具的有效干擾對(duì)抗手段。目前掩護(hù)波形抗干擾相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道較少，文獻(xiàn)從頻率引導(dǎo)角度分析掩護(hù)信號(hào)對(duì)抗轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾中的應(yīng)用，文獻(xiàn)重點(diǎn)討論了掩護(hù)信號(hào)的使用對(duì)雷達(dá)信號(hào)低截獲、抗分選性能的提升，文獻(xiàn)研究射頻掩護(hù)對(duì)抗應(yīng)答式干擾的信號(hào)設(shè)計(jì)方法。

本文從時(shí)域波形掩護(hù)原理分析，建立掩護(hù)波形下的間歇采樣干擾模型，并全面考慮掩護(hù)脈寬、干擾非同步采樣等參數(shù)的影響，對(duì)掩護(hù)波形在間歇采樣干擾對(duì)抗場(chǎng)景中的應(yīng)用效能進(jìn)行定量分析，研究成果對(duì)雷達(dá)抗間歇采樣干擾中的掩護(hù)波形參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

2 雷達(dá)波形掩護(hù)原理

2.1 波形掩護(hù)基本模式

掩護(hù)波形本質(zhì)上是一種波形，其任務(wù)就是對(duì)干擾機(jī)進(jìn)行誘導(dǎo)誘騙，為雷達(dá)真實(shí)探測(cè)波形提供保護(hù)，從而降低干擾機(jī)對(duì)真實(shí)探測(cè)信號(hào)的干擾，因此掩護(hù)波形越接近真實(shí)探測(cè)波形，對(duì)干擾機(jī)的誘騙效果越好。作為一種波形，掩護(hù)波形的描述參數(shù)包括脈寬、帶寬、頻點(diǎn)、調(diào)制形式，即與真實(shí)探測(cè)波形完全無(wú)差異，掩護(hù)脈沖與真實(shí)探測(cè)脈沖的時(shí)序模式見(jiàn)圖1，共有如下幾種基本掩護(hù)模式：

圖1：波形掩護(hù)時(shí)序模式圖

（1）一個(gè)前掩護(hù)波形模式；

（2）一個(gè)前掩護(hù)波形加一個(gè)后掩護(hù)波形模式；

（3）兩個(gè)前掩護(hù)波形模式；

（4）兩個(gè)前掩護(hù)波形加一個(gè)后掩護(hù)波形模式等等。

以上四種模式只是最基本的掩護(hù)模式，數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)可根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間資源情況、波形靈活控制架構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行掩護(hù)波形的時(shí)域位置與掩護(hù)數(shù)量自由配置。雷達(dá)同一駐留時(shí)間內(nèi)，不同脈沖重復(fù)周期也可采用不同的掩護(hù)模式，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波形參數(shù)的非同步隨機(jī)跳變，更易達(dá)到以假亂真，擾亂干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)波形的分選與識(shí)別。

每種掩護(hù)模式下，掩護(hù)波形與主探測(cè)波形工作頻點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)，調(diào)制形式獨(dú)立搭配，脈寬按需自由配置，波形與波形之間的時(shí)間間隔Δt為零時(shí)則是無(wú)間隙掩護(hù)，不為零時(shí)則是有間隙掩護(hù)，雷達(dá)發(fā)射波形表達(dá)式為：

表1：情形1和情形2仿真參數(shù)

2.2 波形掩護(hù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

一種現(xiàn)代數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)的波形產(chǎn)生架構(gòu)見(jiàn)圖2，采用軟件化架構(gòu)設(shè)計(jì)，天線陣面劃分為多個(gè)子陣，雷達(dá)采用基于射頻本振的波形產(chǎn)生技術(shù)，通過(guò)矩陣控制器對(duì)產(chǎn)生的波形進(jìn)行靈活控制與重組后送至天線陣面，在統(tǒng)一的控制時(shí)序下可實(shí)現(xiàn)掩護(hù)波形分時(shí)序、分陣面的時(shí)空靈活配置。

圖2：一種多波形掩護(hù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

2.3 波形掩護(hù)抗干擾機(jī)理

現(xiàn)代數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)面臨的間歇采樣干擾對(duì)任意波形而言均為無(wú)差別干擾，干擾機(jī)采用信道化技術(shù)，將大瞬時(shí)接收帶寬劃分為多個(gè)信道進(jìn)行接收波形處理、分選與識(shí)別，因此波形調(diào)制、頻率脈間捷變效果甚微。然而間歇采樣干擾機(jī)工作時(shí)序?yàn)槭瞻l(fā)反復(fù)切換，接收時(shí)便無(wú)法進(jìn)行干擾釋放，掩護(hù)波形正是通過(guò)尋找干擾機(jī)的時(shí)序破綻和不足進(jìn)行干擾主動(dòng)對(duì)抗。

波形掩護(hù)反時(shí)序抗干擾機(jī)理示意圖見(jiàn)圖3。間歇采樣干擾機(jī)工作時(shí)，工作時(shí)序?yàn)椴蓸訒r(shí)序和干擾發(fā)射時(shí)序交替，其中采樣時(shí)序用于控制干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行偵收、采樣、信道化接收、檢測(cè)與干擾調(diào)制控制，通過(guò)包絡(luò)檢波觸發(fā)檢測(cè)門限后對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、調(diào)制；干擾發(fā)射時(shí)序用于進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)與干擾產(chǎn)生。雷達(dá)發(fā)射波形為掩護(hù)波形與探測(cè)波形組合，在干擾采樣時(shí)序間隙雷達(dá)發(fā)射掩護(hù)波形，誘使干擾機(jī)成功采樣掩護(hù)波形，干擾發(fā)射間隙雷達(dá)發(fā)射探測(cè)波形，此時(shí)雷達(dá)接收波門內(nèi)將接收到目標(biāo)回波探測(cè)信號(hào)和干擾發(fā)射信號(hào)的混疊信號(hào)，由于掩護(hù)波形與探測(cè)波形在頻域正交錯(cuò)開(kāi)，雷達(dá)系統(tǒng)接收后通過(guò)數(shù)字下變頻處理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波與干擾信號(hào)的頻域分離提取，從而實(shí)現(xiàn)干擾抑制。理想情況下，雷達(dá)通過(guò)對(duì)間歇采樣干擾進(jìn)行參數(shù)精確測(cè)量、發(fā)射時(shí)序精準(zhǔn)控制，可通過(guò)雷達(dá)波形與干擾反時(shí)序設(shè)計(jì)完成探測(cè)信號(hào)的隱匿，以完全避開(kāi)干擾，實(shí)現(xiàn)干擾認(rèn)知對(duì)抗。

圖3：波形掩護(hù)反時(shí)序抗干擾機(jī)理

3 掩護(hù)波形下的間歇采樣干擾建模

理想情況下，雷達(dá)通過(guò)發(fā)射波形與干擾反時(shí)序設(shè)計(jì)可完全實(shí)現(xiàn)干擾抑制。然而實(shí)際中存在諸多因素導(dǎo)致雷達(dá)波形掩護(hù)反時(shí)序設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)：

（1）干擾機(jī)與雷達(dá)本身不是同步系統(tǒng)，而是完全獨(dú)立的兩個(gè)非同步系統(tǒng)；

（2）實(shí)際干擾對(duì)抗中，一部干擾機(jī)一般可以同時(shí)對(duì)抗多部雷達(dá)，不同雷達(dá)獨(dú)立輻射作戰(zhàn)時(shí)信號(hào)到達(dá)干擾機(jī)時(shí)間具有隨機(jī)性，將觸發(fā)干擾機(jī)時(shí)序的非同步；

（3）雷達(dá)接收機(jī)中接收回波是噪聲、雜波、干擾的混疊信號(hào)，雷達(dá)對(duì)間歇采樣干擾時(shí)序參數(shù)參測(cè)存在隨機(jī)誤差。

雷達(dá)波形參數(shù)、雷達(dá)信號(hào)到達(dá)時(shí)間、干擾機(jī)采樣時(shí)序參數(shù)、干擾機(jī)采樣雷達(dá)信號(hào)時(shí)間都具有隨機(jī)性，干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的成功采樣、雷達(dá)對(duì)干擾的反時(shí)序抑制都是概率性問(wèn)題，下面對(duì)此進(jìn)行建模分析。

掩護(hù)波形一般配置于工作脈沖的前方，為了增強(qiáng)迷惑性，可在工作脈沖前方配置多個(gè)掩護(hù)脈沖或者后方配置掩護(hù)波形。從反時(shí)序抗偵收采樣角度考慮，一個(gè)或多個(gè)前掩護(hù)波形均可等效為一個(gè)掩護(hù)波形脈寬，后置掩護(hù)波形只是增加干擾機(jī)對(duì)真實(shí)信號(hào)的識(shí)別難度，不影響對(duì)真實(shí)探測(cè)波形的采樣。如圖4所示為建模示意圖，設(shè)前掩護(hù)波形脈寬為τ，探測(cè)波形脈寬為τ；τ為干擾采樣時(shí)長(zhǎng)；T為干擾采樣周期，定義采樣占空比定義為η=τ/T，干擾占空比定義為η=1-η；t為非同步時(shí)間參數(shù)，用于描述雷達(dá)發(fā)射信號(hào)到達(dá)干擾機(jī)時(shí)間與干擾機(jī)開(kāi)始采樣時(shí)間的不一致性。

圖4：基于掩護(hù)波形的反時(shí)序抗干擾模型

設(shè)雷達(dá)探測(cè)波形s(t)，頻譜為X(f)，其表達(dá)式為：

式中B(t)為基帶波形復(fù)數(shù)表達(dá)式，u(t)為波形包絡(luò)。設(shè)干擾機(jī)采樣時(shí)序?yàn)閜(t)，則考慮非同步采樣參數(shù)的采樣時(shí)序?yàn)椋?/p>

干擾機(jī)采樣雷達(dá)信號(hào)為s(t)=s(t)p(t)，可得干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)信號(hào)采樣成功的時(shí)寬為：

定義脈寬采樣比η為干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)探測(cè)波形采樣成功的時(shí)寬與雷達(dá)真實(shí)探測(cè)波形脈寬占比，即η=τ/τ，脈寬采樣比與雷達(dá)參數(shù)（掩護(hù)波形脈寬、探測(cè)波形脈寬、波形調(diào)制）、干擾參數(shù)（采樣周期、采樣時(shí)間、干擾樣式）、非同步參數(shù)等有關(guān)，具有隨機(jī)概率特性。脈寬采樣比越低，干擾進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)后匹配得益越少，脈寬采樣比為零時(shí)標(biāo)識(shí)著雷達(dá)探測(cè)波形與干擾機(jī)形成反時(shí)序探測(cè)，此時(shí)可有效避開(kāi)干擾采樣，成功利用波形掩護(hù)實(shí)現(xiàn)時(shí)序反干擾。

4 討論與分析

雷達(dá)與干擾機(jī)之間的電子對(duì)抗是一種動(dòng)態(tài)博弈，干擾機(jī)干擾策略與雷達(dá)波形參數(shù)之間會(huì)根據(jù)對(duì)抗效能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。對(duì)于地面雷達(dá)而言，可根據(jù)雷達(dá)波形參數(shù)與干擾參數(shù)之間的相對(duì)關(guān)系分為如下兩種情況進(jìn)行分析。

情形1：τ≤T。此時(shí)一個(gè)干擾采樣周期內(nèi)對(duì)雷達(dá)信號(hào)最多進(jìn)行一次采樣，一般對(duì)應(yīng)于雷達(dá)工作在脈沖多普勒（PD）波形時(shí)，干擾機(jī)工作在常規(guī)策略參數(shù)下，此時(shí)干擾機(jī)未對(duì)雷達(dá)波形及時(shí)作出調(diào)整響應(yīng)。

情形2：kT<τ≤(k+1)T-τ，k=1,2,...。此時(shí)一個(gè)干擾采樣周期內(nèi)可對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行多次采樣，對(duì)應(yīng)于雷達(dá)工作在PD波形下，干擾機(jī)通過(guò)及時(shí)調(diào)整干擾策略后工作在小采樣周期下，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的高效采樣。

情形1和情形2的典型干擾參數(shù)和波形參數(shù)見(jiàn)表1，根據(jù)表1參數(shù)進(jìn)行干擾仿真得到兩種情形下干擾響應(yīng)幅度與探測(cè)波形時(shí)寬、掩護(hù)波形時(shí)寬的關(guān)系分別見(jiàn)圖5、圖6和圖7，仿真中干擾為直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾形式。

圖5：情形1干擾幅度與波形時(shí)寬關(guān)系

圖6：情形1干擾幅度與波形時(shí)寬關(guān)系（局部放大）

圖7：情形2干擾幅度與波形時(shí)寬關(guān)系

兩種情形下，均以掩護(hù)波形時(shí)寬為零（即無(wú)掩護(hù)波形）時(shí)的干擾幅度為參照進(jìn)行歸一化。情形1中，逐步降低探測(cè)脈寬，并采用匹配的掩護(hù)脈寬，可以使得干擾得到極大抑制，探測(cè)脈寬不大于14us時(shí)，采用匹配掩護(hù)脈寬后干擾幅度得到至少5dB的抑制。當(dāng)探測(cè)波形脈寬、掩護(hù)波形脈寬分別為[τ=11us，τ=9us]或[τ=10us，τ=9us/10us]時(shí)，可以得到該干擾參數(shù)下的最優(yōu)雷達(dá)波形脈寬組合，此時(shí)干擾抑制比大于10dB，分析可知此時(shí)脈寬采樣比最低，探測(cè)波形與掩護(hù)波形正好與干擾時(shí)序形成反時(shí)序探測(cè)，干擾機(jī)無(wú)法對(duì)雷達(dá)信號(hào)形成有效采樣。情形2中，當(dāng)探測(cè)波形脈寬、掩護(hù)波形脈寬分別為[τ=10us，τ=1/2us]或[τ=11us，τ=91us]時(shí)，得到該干擾參數(shù)下的最優(yōu)雷達(dá)波形脈寬組合，此時(shí)干擾抑制比相比無(wú)掩護(hù)模式下降3dB，可見(jiàn)情形2干擾機(jī)通過(guò)及時(shí)調(diào)整干擾策略和干擾參數(shù)，減弱了雷達(dá)進(jìn)行干擾抑制的效能。

考慮實(shí)際情形下，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)到達(dá)干擾機(jī)時(shí)間與干擾機(jī)開(kāi)始采樣時(shí)間具有不一致性，即干擾機(jī)與雷達(dá)具有隨機(jī)的非同步性。設(shè)非同步參數(shù)t在區(qū)間(0，T)服從均勻分布，針對(duì)情形1和情形2，仿真分析脈寬采樣比隨掩護(hù)脈寬、探測(cè)脈寬、隨機(jī)非同步參數(shù)之間的關(guān)系分別見(jiàn)圖8和圖9。

圖8：情形1非同步采樣對(duì)脈寬采樣比的影響

圖9：情形2非同步采樣對(duì)脈寬采樣比的影響

兩種情形下，隨機(jī)非同步參數(shù)對(duì)脈寬采樣比具有較大的影響。情形1中，當(dāng)非同步參數(shù)較大時(shí)（≥8us）可以不發(fā)射掩護(hù)波形，只發(fā)射10us探測(cè)即可使得脈寬采樣比最優(yōu)，當(dāng)非同步參數(shù)較小時(shí)（<8us）優(yōu)化掩護(hù)波形脈寬為10us，雷達(dá)探測(cè)波形脈寬可以隨非同步參數(shù)變化取最優(yōu)解；情形2中，雷達(dá)優(yōu)化探測(cè)波形脈寬為10us，掩護(hù)波形脈寬可依隨機(jī)非同步參數(shù)取優(yōu)設(shè)計(jì)，保證干擾只能對(duì)雷達(dá)波形進(jìn)行最多1us的一次成功采樣。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從時(shí)域波形掩護(hù)原理出發(fā)，系統(tǒng)分析了波形掩護(hù)的基本模式、典型實(shí)現(xiàn)架構(gòu)及其抗干擾機(jī)理。建立掩護(hù)波形下的間歇采樣干擾模型，系統(tǒng)考慮雷達(dá)波形參數(shù)（掩護(hù)波形脈寬、探測(cè)波形脈寬）、干擾時(shí)序參數(shù)（采樣周期、采樣時(shí)間）、雷達(dá)與干擾非同步隨機(jī)參數(shù)等對(duì)干擾響應(yīng)的影響。針對(duì)雷達(dá)工作在脈沖多普勒（PD）波形時(shí)，干擾機(jī)工作在常規(guī)策略參數(shù)或小采樣周期參數(shù)這兩種典型對(duì)抗場(chǎng)景，進(jìn)行干擾對(duì)抗效能的定量分析。

仿真研究表明：

（1）當(dāng)干擾機(jī)時(shí)序與雷達(dá)發(fā)射嚴(yán)格同步時(shí)，情形1下優(yōu)化后的掩護(hù)波形與探測(cè)波形組合參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)大于10dB的干擾抑制比，情形2下優(yōu)化的波形參數(shù)組合也可實(shí)現(xiàn)大于3dB的干擾抑制比；

（2）當(dāng)干擾機(jī)時(shí)序與雷達(dá)發(fā)射具有隨機(jī)非同步性時(shí)，非同步參數(shù)對(duì)雷達(dá)探測(cè)波形的脈寬采樣比具有較大的影響，雷達(dá)掩護(hù)波形、探測(cè)波形脈寬參數(shù)組合可依隨機(jī)非同步參數(shù)取優(yōu)設(shè)計(jì)。

本文研究成果對(duì)雷達(dá)抗間歇采樣干擾中的掩護(hù)波形參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。