李韌

深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心股份有限公司，廣東 深圳 518000

在電子戰(zhàn)中數(shù)字射頻存儲(chǔ)（digital radio frequency memory,DRFM）技術(shù)不斷發(fā)展成熟，促使有源欺騙式干擾更具多樣性和破壞性的特點(diǎn)。在雷達(dá)對(duì)抗中，此種相干干擾技術(shù)使得固定參數(shù)的雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力正在急劇下降[1-3]。而距離假目標(biāo)干擾是通過(guò)具有DRFM 技術(shù)的干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)施加一定延時(shí)處理，轉(zhuǎn)發(fā)出一種與目標(biāo)回波信號(hào)具有極強(qiáng)相關(guān)性的干擾信號(hào)，并且具有能夠有效破壞雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)真實(shí)目標(biāo)距離信息捕捉和跟蹤目標(biāo)的能力。因此，通過(guò)研究欺騙式干擾信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的差異性，從中檢測(cè)出干擾信號(hào)的存在以及降低干擾對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響顯得尤為重要[4-5]。

近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們利用捷變雷達(dá)系統(tǒng)的低雷達(dá)信號(hào)截獲概率和良好的抗干擾性能將其用于對(duì)抗有源欺騙干擾，尤其是在雷達(dá)波形捷變、載頻頻率捷變、極化捷變以及重頻捷變等雷達(dá)抗干擾技術(shù)上開(kāi)展了眾多研究[6-8]。張勁東等[9]利用空時(shí)分組碼設(shè)計(jì)了一種與干擾信號(hào)在頻域上具有正交性的捷變波形，用于對(duì)抗距離波門(mén)拖引式干擾。文獻(xiàn)[10]利用遺傳算法（genetic algorithm，GA）優(yōu)化得出最佳相位編碼波形集，再?gòu)闹羞x取正交性良好的信號(hào)作為雷達(dá)的發(fā)射波形。文獻(xiàn)[11]通過(guò)在多普勒頻譜中構(gòu)造阻帶來(lái)檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)的方式，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)初始相位的雷達(dá)捷變波形，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大功率速度欺騙干擾的抑制。而針對(duì)間歇采樣式干擾，設(shè)計(jì)一種基于相位編碼信號(hào)的自適應(yīng)發(fā)射體系，或是增加雷達(dá)脈沖信號(hào)的偽隨機(jī)性，來(lái)降低雷達(dá)回波信號(hào)與此種干擾信號(hào)之間的相關(guān)性，從而實(shí)現(xiàn)抑制干擾的目的[12-13]。文獻(xiàn)[14]針對(duì)抗頻譜彌散（smeared spectrum，SMSP）干擾提出了一種空時(shí)域聯(lián)合抑制方法，利用盲源分離方法將目標(biāo)與干擾信號(hào)分離開(kāi)來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)抑制干擾的目的。對(duì)于波形分集技術(shù)抑制有源欺騙干擾的相關(guān)研究還有隨機(jī)信號(hào)波形[15]和基于混沌序列的雷達(dá)正交波形[16]等。

本文首先采用一種隨機(jī)脈沖初始相位的雷達(dá)信號(hào)作為捷變雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射波形。根據(jù)在不同發(fā)射周期的目標(biāo)回波信號(hào)與距離假目標(biāo)干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后形成的相位殘差，可以發(fā)現(xiàn)其中的差異性。其次，利用小波變換對(duì)匹配濾波后信號(hào)的增益尖峰片段進(jìn)行相位差估計(jì)，由此可檢測(cè)出雷達(dá)回波信號(hào)當(dāng)中是否存在假目標(biāo)干擾信號(hào)；以及在一個(gè)相干處理間隔內(nèi)對(duì)捷變信號(hào)中的初相按照一定發(fā)射規(guī)律進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而獲取到干擾滯后周期個(gè)數(shù)這一必要的先驗(yàn)信息。然后，捷變雷達(dá)系統(tǒng)改變發(fā)射一種斜變-隨機(jī)脈沖初始相位波形，利用其自身信號(hào)的正交特性抑制距離假目標(biāo)干擾。最后結(jié)合限幅法可使得干擾信號(hào)得到匹配而形成較大的增益峰值，從而通過(guò)限幅來(lái)削弱干擾信號(hào)的幅度，進(jìn)一步減弱距離旁瓣干擾對(duì)雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的影響。

1 信號(hào)模型

脈沖體制雷達(dá)發(fā)射一種廣泛使用的線(xiàn)性調(diào)頻脈沖信號(hào)，此信號(hào)具有大時(shí)寬帶寬積，以及對(duì)多普勒頻移不敏感等特點(diǎn)，此信號(hào)的表達(dá)式為

式中：u(t)為 矩形窗函數(shù)，0 ≤t≤T；μ為調(diào)頻斜率，μ=B/T，B為信號(hào)帶寬，T為信號(hào)時(shí)寬。

而針對(duì)波形捷變體制雷達(dá)，可利用LFM 信號(hào)中的初始相位、載頻以及調(diào)頻率等參數(shù)實(shí)現(xiàn)捷變處理，在不同的發(fā)射周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的隨機(jī)化。所以，本文采用一種隨機(jī)脈沖初始相位（random pulse initial phase，RPIP）信號(hào)作為捷變雷達(dá)的發(fā)射波形，其中在第m個(gè)脈沖重復(fù)間隔（pulse repetition interval，PRI）內(nèi)發(fā)射的RPIP 信號(hào)表達(dá)式為

式中 φm是捷變雷達(dá)發(fā)射第m個(gè)RPIP 信號(hào)中的隨機(jī)初始相位，φm∈[0,2π]。

雷達(dá)發(fā)射波形照射到物體后反射，再由雷達(dá)接收機(jī)獲取的信號(hào)稱(chēng)之為目標(biāo)回波，其表達(dá)式可寫(xiě)為

式中：σT為目標(biāo)回波的幅度，τT為目標(biāo)的時(shí)延信息。

假定DRFM 干擾機(jī)需要經(jīng)過(guò)一定發(fā)射周期后才能將欺騙干擾信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到雷達(dá)發(fā)射機(jī)當(dāng)中。本文利用此種特點(diǎn)，捷變雷達(dá)發(fā)射的RPIP 信號(hào)可使得目標(biāo)回波信號(hào)與干擾信號(hào)在初始相位方面具有差異性，也就是說(shuō)干擾信號(hào)的初相總是滯后目標(biāo)回波的初相。那么第m個(gè)PRI 的干擾信號(hào)表達(dá)式為

2 抗干擾方法

首先，由式（1）可以看出經(jīng)過(guò)匹配濾波處理后的假目標(biāo)干擾信號(hào)受到初相隨機(jī)變化的影響，由此使得在2 個(gè)不同發(fā)射周期的相位差不一定為0，目標(biāo)回波信號(hào)（目標(biāo)位置與雷達(dá)相對(duì)靜止）的相位差為0。因此，可利用目標(biāo)回波信號(hào)與假目標(biāo)干擾信號(hào)存在的差異性，對(duì)此混合信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到多個(gè)較大的增益尖峰（干擾強(qiáng)度越強(qiáng)，脈壓后形成增益尖峰的幅值越大）。對(duì)各個(gè)增益尖峰附近的區(qū)域進(jìn)行片段截取，采用小波變換算法分別估計(jì)2 個(gè)不同周期內(nèi)的干擾信號(hào)和目標(biāo)回波的增益尖峰片段的相位差。通過(guò)估計(jì)出的相位差值是否為零的條件，就可以確定哪一個(gè)增益尖峰片段為假目標(biāo)干擾信號(hào)（相位差值的絕對(duì)值大于零），哪一個(gè)是目標(biāo)回波信號(hào)（相位差值近似為零）。以上方法被稱(chēng)之為尖峰檢測(cè)法，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)雷達(dá)回波中干擾信號(hào)的有無(wú)。

其次，捷變雷達(dá)系統(tǒng)按照?qǐng)D1 的方式發(fā)射RPIP 信號(hào)，此時(shí)在當(dāng)前發(fā)射周期內(nèi)的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)入到雷達(dá)系統(tǒng)后的初始相位數(shù)值的分布情況如圖1 中雷達(dá)發(fā)射信號(hào)相位 φm所示，在當(dāng)前發(fā)射周期內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)到雷達(dá)接收機(jī)中的干擾信號(hào)的初相分布如圖1 中干擾信號(hào)相位 φm-i所示，經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后得到的相位殘差分布如圖1 中相位殘差θm=φm-φm-i所示。采用尖峰檢測(cè)法對(duì)2 個(gè)不同發(fā)射周期內(nèi)的脈沖壓縮信號(hào)進(jìn)行相位差值估計(jì)（第一個(gè)發(fā)射周期的相位殘差 θm分別與之后的每一周期的相位殘差進(jìn)行相減），從而得出在某一周期內(nèi)相位差值是其他周期內(nèi)的2 倍左右，最終確定了干擾信號(hào)滯后雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的周期個(gè)數(shù)i值，為后文的抗干擾方法提供所必要的先驗(yàn)信息。

圖1 估計(jì)干擾滯后周期個(gè)數(shù)示意

再次，捷變雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)RPIP 信號(hào)的調(diào)頻斜率進(jìn)行抖動(dòng)處理，從而設(shè)計(jì)出一種斜變-隨機(jī)脈沖初始相位（slope-varying random pulse initial phase，SV-RPIP）信號(hào)，其表達(dá)式可寫(xiě)成

式中 ξm為第m個(gè)發(fā)射周期內(nèi)SV-RPIP 信號(hào)的調(diào)頻斜率抖動(dòng)參數(shù)，ξm=kμ，其中k為一隨機(jī)數(shù)，稱(chēng)之為抖動(dòng)率。

由特定初始相位的RPIP 信號(hào)結(jié)合尖峰檢測(cè)法可估計(jì)出干擾滯后周期個(gè)數(shù)為i值，從而可以得出假目標(biāo)干擾信號(hào)的初始相位和抖動(dòng)參數(shù)分別為 φm-i和ξm-i。雷達(dá)接收端將第m個(gè)發(fā)射周期的SV-RPIP 發(fā)射波形作為匹配系數(shù)，則假目標(biāo)干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后的信號(hào)表達(dá)式為

由式（2）可以發(fā)現(xiàn)，匹配濾波后的假目標(biāo)干擾信號(hào)的幅度會(huì)受到調(diào)頻率差值的影響。

最后，采用SV-RPIP 雷達(dá)發(fā)射信號(hào)結(jié)合限幅法（如圖2 所示）可進(jìn)一步削弱距離假目標(biāo)干擾信號(hào)的幅度，其中具體實(shí)施步驟如下。

圖2 限幅法的工作流程

1）捷變雷達(dá)在不同發(fā)射周期內(nèi)采用一組準(zhǔn)隨機(jī)脈沖初始相位信號(hào)作為雷達(dá)發(fā)射波形，再結(jié)合尖峰檢測(cè)法獲取到干擾滯后周期個(gè)數(shù)i值這一先驗(yàn)知識(shí)。

2）獲取先驗(yàn)信息的i值后，捷變雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射部分再對(duì)RPIP 信號(hào)中調(diào)頻斜率參數(shù)進(jìn)行擾動(dòng)處理，形成一種具有一定正交特性的SV-RPIP雷達(dá)發(fā)射信號(hào)。

3）雷達(dá)系統(tǒng)接收部分i值，制定了一個(gè)前i個(gè)周期的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)作為匹配系數(shù)的濾波器。將雷達(dá)混合回波信號(hào)rm(t)經(jīng)過(guò)此種匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮處理，從而輸出結(jié)果為信號(hào)x1(t)。

4）由于干擾信號(hào)與此時(shí)的匹配濾波器具有很強(qiáng)的相干性，所以干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后會(huì)形成很強(qiáng)幅度的尖峰。所以信號(hào)x1(t)中的距離假目標(biāo)干擾信號(hào)的強(qiáng)度經(jīng)過(guò)限幅的方式被進(jìn)一步削弱，而并不會(huì)影響到目標(biāo)回波信號(hào)的強(qiáng)度。限幅后得到信號(hào)的表達(dá)式為

5）經(jīng)過(guò)限幅處理后的信號(hào)x2(t)進(jìn)入逆匹配濾波器進(jìn)行處理得到信號(hào)x3(t)，從而使得信號(hào)x3(t)中的目標(biāo)信號(hào)還原成原始信號(hào)，其中信號(hào)x3(t)為

6）當(dāng)前周期匹配系數(shù)的匹配濾波。經(jīng)過(guò)逆匹配濾波恢復(fù)后的信號(hào)x3(t)與當(dāng)前雷達(dá)發(fā)射周期的匹配系數(shù)(-t)的匹配濾波器進(jìn)行濾波處理，從而達(dá)到對(duì)抗距離欺騙干擾的目的，即

3 模擬仿真

本文通過(guò)仿真的方式來(lái)驗(yàn)證利用捷變波形對(duì)抗距離假目標(biāo)干擾的有效性和可行性。首先設(shè)置SV-RPIP 發(fā)射波形的基本參數(shù)，信號(hào)帶寬B=10 MHz，信號(hào)時(shí)寬T=10 μs，PRI 值為100 μs，隨機(jī)初始相位 φm取值范圍為[0,π]，抖動(dòng)率為0.9。設(shè)置干信比(jamming to signal ratio,JSR)為10 dB，信噪比(signal to noise ratio,SNR)為5 dB。假定真實(shí)目標(biāo)信號(hào)回波時(shí)延為60 μs，假目標(biāo)干擾信號(hào)的時(shí)延分別為62.5 μs 和65 μs。

在含有距離假目標(biāo)干擾的電磁環(huán)境下，圖3給出了固定LFM 波形與捷變SV-RPIP 信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波處理后的結(jié)果，從圖3（a）中可以看出，形成的2 個(gè)較大干擾信號(hào)的增益尖峰，使得雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)法正確地甄別出真實(shí)目標(biāo)；而圖3（b）利用了捷變SV-RPIP 信號(hào)所具有的正交性實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的互相關(guān)特性，能夠有效削減干擾信號(hào)的強(qiáng)度。

圖3 匹配濾波后的輸出結(jié)果

但是形成的旁瓣干擾依然會(huì)使雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)不到真實(shí)的目標(biāo)信號(hào)，因此本文的捷變波形再結(jié)合限幅法實(shí)現(xiàn)距假目標(biāo)干擾信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)一步削減。根據(jù)獲取到干擾滯后周期個(gè)數(shù)i值這一先驗(yàn)信息，確定出當(dāng)前濾波器的匹配系數(shù)為前i個(gè)發(fā)射周期的SV-RPIP 信號(hào)?；旌系睦走_(dá)回波信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波處理后，假目標(biāo)干擾信號(hào)得到了匹配，目標(biāo)回波得到失配。信號(hào)x1(t)如圖4（a）所示，可以發(fā)現(xiàn)只有干擾信號(hào)才會(huì)形成較高的增益尖峰；之后采用恒虛警檢測(cè)（constant false alarm rate,CFAR）方法可以判決出時(shí)延為62.5 μs 和65 μs 所對(duì)應(yīng)的壓縮尖峰就是干擾信號(hào)脈沖壓縮后的結(jié)果，從而得出距離假目標(biāo)干擾信號(hào)中所攜帶假的距離維信息，以及匹配后的干擾信號(hào)相較于最大旁瓣的歸一化幅度相差20 dB 以上。為了不影響目標(biāo)回波信號(hào)的能量損失，從中確定了門(mén)限值大小等于-20 dB。再經(jīng)過(guò)限幅處理，削弱干擾信號(hào)幅度后得到的信號(hào)x2(t)如圖4（b）所示；最后依次通過(guò)逆匹配濾波處理和當(dāng)前周期匹配系數(shù)的濾波處理，輸出結(jié)果為y(t)，如圖4（c）所示。最終信干比相較于抑制干擾前的情形改善了20 dB 以上，而且旁瓣干擾也得到了進(jìn)一步的抑制，這使得雷達(dá)系統(tǒng)可對(duì)真實(shí)目標(biāo)的距離信息進(jìn)行檢測(cè)判決。

圖4 結(jié)合限幅法抗干擾的仿真結(jié)果

4 結(jié)論

為解決DRFM 轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的有源欺騙式干擾破壞脈沖雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)距離的能力的問(wèn)題，本文從雷達(dá)發(fā)射端和信號(hào)處理的角度出發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)此種干擾的抑制。

1）利用波形分集技術(shù)，設(shè)計(jì)了2 種隨機(jī)捷變的雷達(dá)發(fā)射波形（RPIP 和SV-RPIP）。

2）利用捷變RPIP 信號(hào)初始相位的隨機(jī)性，根據(jù)距離假目標(biāo)干擾信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)之間在相位上存在的差異性，實(shí)現(xiàn)有源欺騙干擾的檢測(cè)。

3）通過(guò)干擾信號(hào)與SV-RPIP 信號(hào)之間的相互正交性，實(shí)現(xiàn)有源欺騙干擾的抑制，再結(jié)合限幅法進(jìn)一步削弱干擾信號(hào)的幅度。

從仿真結(jié)果可以看出，本文方法可以有效抑制較大功率的距離假目標(biāo)干擾，體現(xiàn)出本文在理論和實(shí)際應(yīng)用上的意義與價(jià)值。