王昊飛

（中國電子科技集團(tuán)公司航空電子信息系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610036）

0 引言

在雷達(dá)與電子偵察系統(tǒng)的對抗中，射頻脈沖信號由雷達(dá)的發(fā)射機(jī)傳播到目標(biāo)，再從目標(biāo)反射至雷達(dá)接收機(jī)，其接收到的能量反比于距離的4 次方，即雷達(dá)面臨的是的路徑損耗。而射頻脈沖信號從雷達(dá)的發(fā)射機(jī)傳播至電子偵察系統(tǒng)，其接收到的能量反比于距離的2 次方，即電子偵察系統(tǒng)面臨的是的路徑損耗。因此雷達(dá)應(yīng)該通過信號設(shè)計(jì)來揚(yáng)長避短，利用電子偵察系統(tǒng)不能確定地獲得雷達(dá)發(fā)射信號的波形參數(shù)以及脈內(nèi)調(diào)制特征的優(yōu)勢來提升雷達(dá)的低截獲性能。低截獲雷達(dá)通常采用大時寬帶寬積波形，對大時寬帶寬積波形進(jìn)行脈沖壓縮處理可以在雷達(dá)接收端獲得較大的信號處理增益，從而可以在保證雷達(dá)探測性能的條件下降低雷達(dá)輻射功率，使電子偵察系統(tǒng)的截獲效率大大降低。但是隨著電子偵察系統(tǒng)靈敏度不斷地提高，一味地追求降低雷達(dá)輻射功率使雷達(dá)信號不被電子偵察系統(tǒng)檢測越來越難以實(shí)現(xiàn)，反而會影響到雷達(dá)自身的探測性能。文獻(xiàn)［6—9］研究了基于掩護(hù)信號的抗轉(zhuǎn)發(fā)式干擾技術(shù)，通過在雷達(dá)工作脈沖的前方或后方發(fā)射掩護(hù)脈沖，使得干擾機(jī)對偵收到的脈沖頻率測量錯誤，從而導(dǎo)致干擾失效。

本文從降低電子偵察系統(tǒng)對檢測到的信號的參數(shù)測量與分選識別性能的角度出發(fā)，分析了由2 個脈沖信號疊加形成的雷達(dá)復(fù)合波形對電子偵察系統(tǒng)性能的影響，為復(fù)合波形在低截獲雷達(dá)中的工程應(yīng)用提供參考。

1 電子偵察系統(tǒng)脈沖檢測主要流程分析

電子偵察系統(tǒng)接收機(jī)通常采用數(shù)字信道化處理，將進(jìn)入接收機(jī)的輻射源脈沖流在頻域進(jìn)行劃分，對每個子信道中的信號取包絡(luò)后采用連續(xù)過門限檢測的方法來判斷信號存在與否，當(dāng)信號幅度連續(xù)點(diǎn)都超過檢測門限時則認(rèn)為信號存在。電子偵察系統(tǒng)脈沖檢測的主要流程如圖1 所示。

圖1 電子偵察系統(tǒng)脈沖檢測主要流程

其中，連續(xù)過門限檢測算法的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

Step1：統(tǒng)計(jì)接收機(jī)噪聲幅度，根據(jù)檢測概率與虛警概率指標(biāo)要求設(shè)置相應(yīng)的檢測門限，對接收機(jī)輸出幅度進(jìn)行過門限檢測；

Step2：對超過檢測門限的信號采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)值為cnt1，對低于檢測門限的信號采樣點(diǎn)也進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)值為cnt2；

Step3：若連續(xù)個采樣點(diǎn)超過檢測門限，即cnt1 ≥，則認(rèn)為檢測到信號，并標(biāo)記出信號的起始位置；

Step4：若連續(xù)個采樣點(diǎn)低于檢測門限，即cnt2 ≥，則認(rèn)為沒有檢測到信號或者信號已結(jié)束，并標(biāo)記出信號的結(jié)束位置；

Step5：重新回到Step1 繼續(xù)對接收機(jī)輸出幅度進(jìn)行過門限檢測。

根據(jù)以上步驟對偵收到的脈沖信號進(jìn)行檢測，在檢測到脈沖信號存在之后，進(jìn)一步可以測量得到信號的脈沖幅度（PA），通過提取脈沖的前沿和后沿可以獲得脈沖到達(dá)時間（TOA）以及脈沖寬度（PW），對脈沖寬度內(nèi)的采樣點(diǎn)利用相位差分算法測量載頻（RF）。參數(shù)測量結(jié)果用于后續(xù)分選識別處理，進(jìn)而聚類形成特定的輻射源脈沖流。

2 雷達(dá)復(fù)合波形對電子偵察系統(tǒng)性能影響分析

當(dāng)2 個脈沖信號在時域發(fā)生重疊時，電子偵察系統(tǒng)無法在時域區(qū)分這2個信號，有可能將這2 個脈沖直接進(jìn)行合并，2 個脈沖信號時域重疊示意圖如圖2 所示。此時電子偵察系統(tǒng)測量得到的PW 為疊加形成的脈沖寬度，并且脈沖重復(fù)間隔（PRI）在各個脈沖之間隨機(jī)抖動，下面分析2 個脈沖信號在時域疊加對電子偵察系統(tǒng)檢測與參數(shù)測量性能的影響機(jī)理。

圖2 2 個脈沖信號時域重疊示意圖

2 個脈沖信號的信號模型可以表示為：

式中，= 1，2；（）是脈沖信號的復(fù)包絡(luò)，對于雷達(dá)中常用的幾種波形，（）分別可以表示為：

由式（3）可以看出，2 個脈沖信號在時域重疊時，重疊區(qū)域的信號幅度以三角函數(shù)形式起伏，而幅度的起伏有可能會破壞電子偵察系統(tǒng)在檢測時所要求的連續(xù)多點(diǎn)幅度均超過檢測門限這一條件的成立，從而影響其對脈沖確認(rèn)存在的判斷。2 個脈沖在不同載頻差異時疊加形成的信號幅度如圖3 所示，圖中紅色虛線表示電子偵察系統(tǒng)確認(rèn)脈沖有無時所采用的檢測門限。

圖3 2 個脈沖信號不同頻差下疊加脈沖幅度

由圖3 可以看出，疊加區(qū)域信號幅度的起伏將會使得電子偵察系統(tǒng)檢測到的脈沖被分裂為多個窄脈沖，但是需要注意的是2 個脈沖載頻差異越大，則疊加區(qū)域信號幅度起伏的周期越短，從而使連續(xù)低于檢測門限的采樣點(diǎn)數(shù)減小，不滿足圖1所示信號結(jié)束的條件，電子偵察系統(tǒng)仍然能夠正確地檢測此類幅度起伏的脈沖。

由式（3）可以看出2 個脈沖重疊區(qū)域的幅度起伏頻率為-，以表示2 個脈沖時域重疊區(qū)域的寬度，則當(dāng)t＞T時電子偵察系統(tǒng)對重疊區(qū)域檢測到的脈沖個數(shù)為(-)，這些脈沖測量得到的頻率值為(+)/2。

綜上分析，為了保證雷達(dá)能夠正常工作的同時降低電子偵察系統(tǒng)的性能，雷達(dá)產(chǎn)生的2 個信號應(yīng)當(dāng)滿足以下關(guān)系：

1）2 個信號在時域上重疊，重疊區(qū)域的時間長度應(yīng)當(dāng)不小于典型電子偵察系統(tǒng)確認(rèn)信號存在或消失的時間窗長度，使得重疊區(qū)域在檢測時發(fā)生分裂進(jìn)而影響電子偵察系統(tǒng)參數(shù)測量的準(zhǔn)確性；

2）2 個信號在各個脈沖之間時域重疊的位置和長度各不相同，降低電子偵察系統(tǒng)的分選成功率；

3）2 個信號滿足正交性，使得雷達(dá)接收機(jī)能夠從回波中分別提取2 路信號各自的回波信號進(jìn)行處理。

3 仿真分析

下面通過仿真分析2 個脈沖信號在時域發(fā)生重疊時對電子偵察系統(tǒng)性能的影響。首先針對2 個信號的脈沖重復(fù)頻率固定的情況開展研究，信號參數(shù)如表1所示。

表1 信號參數(shù)

由表1 所示參數(shù)產(chǎn)生的2 個信號的時域波形如圖4 所示，信號的信噪比為13 dB，紅色虛線框內(nèi)為2 個信號的疊加區(qū)域。

圖4 2 個脈沖信號及其疊加信號時域波形

由圖4 可以看出，2 個脈沖信號在疊加區(qū)域的幅度起伏劇烈，幅度的峰值可以達(dá)到2 個脈沖信號各自幅度相加的大小，而幅度的谷值會淹沒在噪聲里面。采用圖1 給出的電子偵察系統(tǒng)連續(xù)過門限檢測算法對疊加信號進(jìn)行處理，并對檢測得到的脈沖進(jìn)行參數(shù)測量，可以得到各個脈沖的脈沖描述字（PDW）結(jié)果如 圖5 所 示，包 括TOA、PW、PA、RF 和 到 達(dá) 角（AOA）。

由圖5 脈沖參數(shù)測量結(jié)果可以看出，疊加區(qū)域信號幅度的起伏會使得原本存在脈沖的區(qū)域幅度持續(xù)低于檢測門限，從而發(fā)生脈沖分裂的現(xiàn)象，每一個疊加脈沖分裂為5 個脈沖，由此得到250 個脈沖描述字。采用文獻(xiàn)［12］中基于PRI 的分選聚類算法對這些脈沖進(jìn)行處理，得到的分選結(jié)果如表2 所示。

圖5 各個脈沖參數(shù)測量結(jié)果

由表2 可以看出，2 個脈沖信號時域的疊加會使電子偵察系統(tǒng)在分選后出現(xiàn)增批的問題。但是需要注意的是，由于2 個脈沖信號的PRI 都是固定的，因此在各個脈沖之間這2 個脈沖波形時域重疊的位置和長度都是相同的，這樣就使得電子偵察系統(tǒng)分選出來的脈沖流中仍然包含正確的2 組信號（表2 中序號1 和序號5），只是這2 組信號的脈沖寬度不正確。

表2 電子偵察系統(tǒng)分選結(jié)果

下面仿真分析2 個脈沖信號之中一個信號的PRI存在抖動的情況，此時這2 個脈沖信號在各個脈沖之間重疊的位置和長度各不相同，仿真時采用的信號參數(shù)與表1 基本相同，只有信號1 的PRI 采用抖動方式使得信號1 的脈沖隨機(jī)性地超前于或者滯后于信號2 的脈沖并且二者存在交疊，這2 個脈沖信號的時域波形如圖6 所示。

圖6 隨機(jī)重疊的兩個脈沖信號時域波形

采用相同的方法對疊加信號進(jìn)行處理可以得到各個脈沖的PDW，如圖7 所示。

由圖7 可以看出，電子偵察系統(tǒng)對疊加形成的信號測量得到的脈沖寬度和到達(dá)角在各個脈沖之間會隨機(jī)變化。但是對于電子偵察系統(tǒng)來說，輻射源的到達(dá)角通常比較穩(wěn)定，是用于分選聚類最重要的特征之一，此外，電子偵察系統(tǒng)通常只有檢測到多個脈沖寬度相同的脈沖時才能確定一組脈沖流存在，因此分選處理圖7 所示的脈沖后無法獲得有效的脈沖流。

圖7 各個脈沖參數(shù)測量結(jié)果

4 結(jié)束語

電子偵察系統(tǒng)通常采用連續(xù)過門限檢測算法來判斷雷達(dá)信號的有無，在檢測到脈沖信號存在之后，通過提取雷達(dá)信號的脈沖描述字信息來實(shí)現(xiàn)對信號的分選與聚類處理。本文首先建立了2 個脈沖信號時域疊加形成的信號模型，分析其對電子偵察系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)性能的影響機(jī)理：一方面疊加信號幅度的起伏會破壞電子偵察系統(tǒng)檢測時多個采樣點(diǎn)連續(xù)超過門限的條件，使被檢測到的脈沖發(fā)生分裂；另一方面這2 個脈沖信號在各個脈沖之間重疊的位置和長度各不相同，可以使電子偵察系統(tǒng)在利用測量得到的脈沖寬度、到達(dá)角以及脈沖重復(fù)周期進(jìn)行聚類時發(fā)生錯誤，無法形成正確的輻射源脈沖流。仿真結(jié)果表明，基于2 個脈沖信號疊加形成的復(fù)合波形對電子偵察系統(tǒng)的檢測與分選識別性能都會產(chǎn)生顯著影響，在提升雷達(dá)的低截獲性能方面具有很大的應(yīng)用潛力。需要指出的是，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，2 個脈沖信號既可以由單個相控陣?yán)走_(dá)通過劃分子陣的方式來產(chǎn)生，也可以由2 個雷達(dá)輻射源分別產(chǎn)生，但這2 個雷達(dá)輻射源需要保證時間同步?！?/p>