張家運(yùn)，李文海，孫偉超，王洪春

(海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001)

0 引 言

線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)作為目前脈沖壓縮雷達(dá)采用的一種典型的信號(hào)波形，具備脈沖窄、帶寬大的特點(diǎn)，結(jié)合脈沖壓縮技術(shù)，可以解決探測(cè)距離與分辨率的矛盾，有效提高現(xiàn)代雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)能力[1]。針對(duì)LFM雷達(dá)的干擾問題，直接采取噪聲壓制干擾難以獲得相干增益，干擾效果有限，如何有效干擾脈沖壓縮體制雷達(dá)，成為目前雷達(dá)干擾領(lǐng)域的重要課題。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾作為目前一種新型的干擾樣式，干擾方通過間歇收發(fā)的方式，對(duì)目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)切片采樣存儲(chǔ)并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，形成的干擾信號(hào)不僅能夠獲得目標(biāo)雷達(dá)的相干處理增益，還可以有效解決收發(fā)隔離的問題[2]，是目前干擾領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。

目前針對(duì)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾已經(jīng)展開了許多研究，文獻(xiàn)[3]～[6]分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)對(duì)干擾效果的影響。文獻(xiàn)[7]從恒虛警的角度，圍繞間歇采樣非重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)進(jìn)行定量分析，給出多假目標(biāo)干擾的參數(shù)計(jì)算方法。文獻(xiàn)[8]～[12]通過采用對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行多普勒頻移調(diào)制的方法，改變假目標(biāo)的分布，提高了干擾的作用效果，但這種方式需要對(duì)移頻量控制具有較高要求。文獻(xiàn)[13]采用非均勻采樣,降低了多假目標(biāo)分布均勻與次假目標(biāo)衰減快的特征，提升了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效能。文獻(xiàn)[14]從智能優(yōu)化的角度對(duì)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾進(jìn)行優(yōu)化，提升了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效能，但這種方法有較高的時(shí)間復(fù)雜度，實(shí)時(shí)性很難得到保證。

本文在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理基礎(chǔ)上，提出一種基于噪聲信號(hào)調(diào)制的間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)的干擾方法。其關(guān)鍵之處在于利用非均勻采樣的特性與噪聲信號(hào)在頻譜上的連續(xù)性，能夠有效降低直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾疊加后的假目標(biāo)群分布規(guī)律性，形成幅值均勻分布的假目標(biāo)群，實(shí)現(xiàn)對(duì)LFM雷達(dá)距離-速度二維壓制性干擾，提高干擾的作用效能。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)基本原理

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)的一種干擾樣式，通過在截獲的雷達(dá)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)LFM脈沖信號(hào)進(jìn)行多段均勻采樣存儲(chǔ)后轉(zhuǎn)發(fā)形成的干擾[15]，干擾原理圖如圖1所示。

圖1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

(1)

式中：τ為采樣脈沖寬度；Ts為間歇采樣脈沖重復(fù)周期。

因此，干擾機(jī)截獲雷達(dá)脈沖信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行間歇采樣，得到的干擾信號(hào)可以表示為[9]：

j(t)=s(t)p(t)=

(2)

式中：p(t)為采樣脈沖信號(hào)；j(t)為轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)；fs=1/Ts。

干擾信號(hào)經(jīng)匹配濾波后的輸出為：

(3)

由式(3)可以看出，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入目標(biāo)接收機(jī)后，生成的假目標(biāo)分量由兩部分組成，式中第1項(xiàng)為主假目標(biāo)，第2項(xiàng)為次假目標(biāo)群，次假目標(biāo)群可以視為將真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)頻譜搬移到p(t)的各次諧波處并加權(quán)。干擾方可以通過增大發(fā)射功率，提高假目標(biāo)干擾的幅度，使雷達(dá)無法從假目標(biāo)群中判斷出真正的回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)密集假目標(biāo)干擾的效果。

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾不需要目標(biāo)信號(hào)的脈內(nèi)信息，能夠在真實(shí)目標(biāo)周圍形成多個(gè)假目標(biāo)，但產(chǎn)生的假目標(biāo)群在幅值-時(shí)間分布上呈對(duì)稱形式，幅值由中心向兩側(cè)遞減，具有很強(qiáng)的規(guī)律性，容易被敵方雷達(dá)識(shí)別，降低干擾的效果[16]。

2 間歇非均勻采樣噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是在間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的基礎(chǔ)上，改變間歇采樣寬度，使采樣時(shí)間長度由隨機(jī)序列確定，并結(jié)合離線噪聲信號(hào)乘積調(diào)制，降低干擾信號(hào)經(jīng)過匹配濾波后假目標(biāo)幅值變化的規(guī)律性。假設(shè)噪聲信號(hào)為n(t)，噪聲單邊帶寬為Bn，根據(jù)隨機(jī)過程理論，噪聲信號(hào)可以看成在噪聲帶寬內(nèi)的無數(shù)單一頻率信號(hào)合成，則噪聲干擾信號(hào)建模為[8]：

排練廳頓時(shí)安靜了下來。王爺將廳內(nèi)其他的燈都熄滅，只留低臺(tái)上端的那盞燈亮著，一個(gè)人坐在那里。黑夜幽深，那燈光打在他身上，就像舞臺(tái)上一束追燈，將他整個(gè)人塑成了一尊雕塑。那雕塑，他有一張蒼老而固執(zhí)的臉，時(shí)光的痕跡在其上游弋起伏，有柔軟有凌厲。那雕塑，他與手中的木偶持久地對(duì)視著，彼此的目光里充滿了深情，卻無不讓人感受到一種歷經(jīng)百世的安詳和寧靜。

(4)

根據(jù)間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的特點(diǎn)，無法直接對(duì)采樣脈沖序列進(jìn)行級(jí)數(shù)展開。為方便討論干擾信號(hào)匹配濾波后的信號(hào)模型，首先分析單次非均勻采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓結(jié)果[15]。假設(shè)第k次采樣脈寬為τk，對(duì)應(yīng)脈寬內(nèi)的噪聲調(diào)制單邊帶寬為Bk，則可得：

(5)

(6)

式中：nk(t)表示第k次采樣脈寬內(nèi)的噪聲信號(hào)表達(dá)式；Tk為采樣脈沖時(shí)刻；Jk(t)為第k次采樣脈沖對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)片段，Jk(t)的脈壓結(jié)果推導(dǎo)為：

yJk(t)=h(t)*Jk(t)=

(7)

yJk(t)=h(t)*

(8)

當(dāng)T>>τk時(shí)，可近似求解式(8)得：

(9)

式(9)為單次非均勻采樣噪聲調(diào)制干擾的脈壓結(jié)果，在雷達(dá)脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，設(shè)采樣次數(shù)為N，則干擾信號(hào)的總脈壓結(jié)果為：

(10)

yJ(t)=

(11)

基于式(11)推導(dǎo)結(jié)果，假目標(biāo)在距離上峰值為τk，對(duì)應(yīng)峰值時(shí)刻為：

ti=fi/μ

(12)

經(jīng)上述分析，非均勻采樣信號(hào)經(jīng)過噪聲乘積調(diào)制形成的干擾轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)在經(jīng)過脈沖壓縮處理后，產(chǎn)生的干擾效果由采樣脈寬與噪聲調(diào)制信號(hào)共同決定。一方面，在距離維度上可以產(chǎn)生大量假目標(biāo)分量，假目標(biāo)區(qū)域大小受到噪聲帶寬與目標(biāo)信號(hào)的調(diào)頻斜率的共同影響，與噪聲帶寬成正比，與調(diào)頻斜率成反比；另一方面，干擾信號(hào)匹配濾波后輸出的信號(hào)移頻項(xiàng)中存在噪聲信號(hào)調(diào)制帶來的偏移，可以干擾雷達(dá)對(duì)目標(biāo)多普勒信息的提取，從而在距離-速度維度上實(shí)現(xiàn)干擾。

通過上述的干擾建模分析可知，相比較于間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾具有較強(qiáng)的規(guī)律性，間歇非均勻采樣噪聲調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以利用非均勻采樣的特性，形成非規(guī)律分布的假目標(biāo)群，并結(jié)合噪聲信號(hào)的隨機(jī)性，在距離和速度上產(chǎn)生壓制性干擾效果，提高干擾的作用效果。

3 仿真驗(yàn)證

3.1 干擾效能驗(yàn)證

本節(jié)基于LFM雷達(dá)信號(hào)處理流程，對(duì)干擾前后的信號(hào)處理結(jié)果以及不同方法之間的干擾效果對(duì)比展開仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文方法的有效性。

設(shè)置仿真參數(shù)：探測(cè)雷達(dá)信號(hào)中心頻率f=1 GHz，信號(hào)帶寬B=10 MHz，信號(hào)脈沖寬度τ=20 μs，脈沖重復(fù)頻率fp=2 kHz，非相干脈沖積累個(gè)數(shù)N=32，仿真采樣頻率為100 MHz，干信比大小設(shè)置為20 dB，目標(biāo)干擾機(jī)徑向距離50 km，徑向速度60 m/s，圖2是無干擾條件下探測(cè)雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的仿真結(jié)果。

圖2 無干擾條件下雷達(dá)探測(cè)的仿真結(jié)果

由圖2可以看出，目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)過匹配濾波處理之后，在目標(biāo)真實(shí)位置形成峰值，對(duì)多個(gè)回波脈沖信號(hào)進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)處理后，進(jìn)一步得到目標(biāo)距離與速度信息。

當(dāng)干擾機(jī)采用間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)，設(shè)置切片時(shí)寬τ=2 μs，不考慮轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，仿真結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，干擾機(jī)實(shí)施干擾后，干擾信號(hào)脈壓后在真實(shí)目標(biāo)周圍形成了一群對(duì)稱分布的假目標(biāo)，假目標(biāo)信號(hào)幅值由中心向兩側(cè)遞減，經(jīng)過MTD處理后，假目標(biāo)特性更加明顯，易被雷達(dá)所識(shí)別。

圖3 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真結(jié)果

當(dāng)干擾機(jī)采用本文方法，設(shè)置干擾噪聲帶寬B=5 MHz，干擾仿真結(jié)果如圖4所示?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)過匹配濾波處理后，目標(biāo)被脈壓后的密集假目標(biāo)壓制，形成壓制性干擾區(qū)間，目標(biāo)的真實(shí)位置信息隱藏在密集虛假目標(biāo)中，增大了雷達(dá)判斷目標(biāo)徑向距離的難度。經(jīng)過MTD處理后，由于受到噪聲調(diào)制的影響，回波信號(hào)的相位信息被破壞，在距離-多普勒維度上形成“干擾條帶”。

圖4 本文干擾方法仿真結(jié)果

對(duì)比圖3與圖4仿真結(jié)果，相比間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾而言，間歇非均勻采樣噪聲乘積調(diào)制干擾方法產(chǎn)生的假目標(biāo)峰值低于直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾，這是由于采樣信號(hào)經(jīng)過噪聲調(diào)制后，干擾信號(hào)的失配代價(jià)增大，從而在距離上形成更廣的壓制性區(qū)間。

綜上分析，間歇非均勻采樣噪聲乘積調(diào)制干擾通過利用噪聲信號(hào)在頻譜上的連續(xù)性，使得干擾信號(hào)在經(jīng)過匹配濾波后產(chǎn)生壓制性干擾區(qū)間，解決了間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈壓后產(chǎn)生的假目標(biāo)分布在距離維度上存在的明顯規(guī)律性的問題，驗(yàn)證了本文干擾方法的有效性。

3.2 不同噪聲帶寬對(duì)干擾效果影響

為了進(jìn)一步分析不同噪聲帶寬下對(duì)干擾效果的影響，保持3.1節(jié)參數(shù)不變，分別設(shè)置噪聲調(diào)制帶寬Bn為2 MHz和6 MHz，對(duì)不同噪聲帶寬條件下的距離壓制區(qū)間進(jìn)行了對(duì)比仿真。

通過對(duì)比圖5、圖6可知，當(dāng)干擾機(jī)改變?cè)肼曊{(diào)制帶寬，干擾脈壓后產(chǎn)生距離壓制區(qū)間隨之發(fā)生改變。根據(jù)式(13)推導(dǎo)，在噪聲調(diào)制帶寬為2 MHz和6 MHz時(shí)，對(duì)應(yīng)距離維假目標(biāo)干擾壓制區(qū)間分別為1.2 km和3.6 km，對(duì)比仿真結(jié)果，干擾仿真壓制區(qū)間與理論值基本相符，驗(yàn)證了距離壓制區(qū)間與噪聲調(diào)制帶寬的關(guān)系。因此，可以通過設(shè)置噪聲帶寬Bn實(shí)現(xiàn)間歇非均勻采樣噪聲轉(zhuǎn)發(fā)干擾的壓制性區(qū)間的改變，使該方法具有一定的靈活性。

圖5 Bn=2 MHz干擾仿真結(jié)果

圖6 Bn=6 MHz干擾仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾進(jìn)行研究分析，提出了基于噪聲乘積調(diào)制間歇非均勻采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的方法。通過非均勻采樣與離線噪聲調(diào)制的方式，使得干擾信號(hào)脈壓后形成較大壓制性范圍，在距離-速度二維處理結(jié)果中形成“干擾條帶”，增大了探測(cè)雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)的難度，對(duì)提高干擾機(jī)的干擾效能具有一定的理論參考價(jià)值。