楊 沛，莊 俊

(解放軍63889部隊(duì)，河南 孟州 454750)

0 引 言

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以獲得雷達(dá)脈沖壓縮增益，并能夠?qū)崿F(xiàn)超前干擾[1-3]，達(dá)到掩護(hù)真實(shí)目標(biāo)的作戰(zhàn)目的，對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成了很大的威脅。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾系統(tǒng)基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)實(shí)現(xiàn)[4-5]，系統(tǒng)通過對(duì)截獲的大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)的采樣-轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生離散的窄脈沖串。但間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾只能產(chǎn)生3～5個(gè)有效假目標(biāo)[6]。而間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾能夠產(chǎn)生數(shù)量較多且幅度較強(qiáng)的逼真假目標(biāo)，并且通過調(diào)整參數(shù)，可對(duì)假目標(biāo)數(shù)目、幅度和位置進(jìn)行調(diào)整，研究結(jié)果表明該干擾樣式比間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾具有更好的效果。本文通過理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證分析了采樣周期和采樣脈沖寬度等參數(shù)對(duì)干擾效果的影響，給出了參數(shù)取值范圍，為實(shí)際應(yīng)用中干擾參數(shù)設(shè)置提供了有益參考。

1 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾原理

1.1 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)一般為矩形脈沖串p(t)[7]，假設(shè)間歇采樣脈沖寬度為τ，間歇采樣周期為Ts(Ts≥2τ)，采樣頻率為fs；雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)為y(t)，脈沖寬度為τp，帶寬為B，其頻譜為Y(f)；匹配濾波器的響應(yīng)為h(t)。則干擾信號(hào)的匹配濾波輸出為：

(1)

ys(t)在距離上形成以主假目標(biāo)為中心對(duì)稱分布的相干假目標(biāo)串，在頻域可視為多個(gè)具有不同多普勒頻移的目標(biāo)回波，經(jīng)匹配濾波后輸出信號(hào)的加權(quán)合成[8-10]。

1.2 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾

間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾利用DRFM存儲(chǔ)的信號(hào)可以重復(fù)讀取的特點(diǎn)[11-12]，能夠產(chǎn)生數(shù)量更多的有效假目標(biāo)，典型的工作時(shí)序如圖1所示。

圖1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾示意圖

如圖1(b)所示，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾采集雷達(dá)信號(hào)后，連續(xù)進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)。為了方便分析，設(shè)τp是Ts的整數(shù)倍，Ts是τ的整數(shù)倍；且每次轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)皆為τ，這樣，在一個(gè)采樣周期內(nèi)，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間間隔Tr亦等于τ。“轉(zhuǎn)發(fā)1-1”中第1個(gè)1表示轉(zhuǎn)發(fā)的是第1次采樣的信號(hào)，第2個(gè)1表示第1次轉(zhuǎn)發(fā)。“轉(zhuǎn)發(fā)1-2”表示第1次采樣信號(hào)的第2次轉(zhuǎn)發(fā)，它是采樣信號(hào)延時(shí)τ后的轉(zhuǎn)發(fā)。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)為1時(shí)，即為間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾，如圖1(a)所示。

假設(shè)在采樣周期Ts，“轉(zhuǎn)發(fā)1-1”的干擾輸出為ys(t)，其與式(1)表示的意義完全相同。則“轉(zhuǎn)發(fā)1-2”的干擾輸出可記作ys(t-τ)，“轉(zhuǎn)發(fā)1-3”的干擾輸出可記作ys(t-2τ)，依此類推，則Ts內(nèi)的干擾輸出可以表示為：

ys(t)+ys(t-τ)+ys(t-2τ)+…+

(2)

由上式可見，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾輸出實(shí)際上是ys(t)等間隔延拓M-1次。每一次延拓的輸出都將形成一個(gè)以主假目標(biāo)為中心對(duì)稱分布的相干假目標(biāo)組，這樣M次延拓理論上將能夠形成M組相干假目標(biāo)，如圖2所示[13]。假設(shè)進(jìn)行脈沖壓縮處理前雷達(dá)回波幅度為1，下文同。

圖2 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)脈沖壓縮輸出

2 間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果分析

干擾效果分析主要包括2個(gè)方面：一是干擾的形成條件；二是干擾參數(shù)設(shè)置對(duì)干擾效果的影響。

2.1 干擾的形成條件

首先，分析對(duì)采樣周期Ts的要求。文獻(xiàn)[14]研究表明，當(dāng)Ts>1/B時(shí)，匹配濾波器輸出較為理想，能夠產(chǎn)生次假目標(biāo)。

從頻域看，對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行間歇采樣相當(dāng)于進(jìn)行周期加權(quán)拓展[15]，采樣周期越長(zhǎng)，拓展周期越短，落入匹配濾波器的周期越多，次假目標(biāo)的數(shù)量越多。但是采樣周期越長(zhǎng)，拓展的次假目標(biāo)頻譜間會(huì)發(fā)生重疊。當(dāng)滿足Δt>2/B，即Ts<τp/2時(shí)，次假目標(biāo)的頻譜不會(huì)發(fā)生重疊。

綜上所述，當(dāng)1/B

其次，分析對(duì)采樣脈沖寬度τ的要求(即各次轉(zhuǎn)發(fā)的主假目標(biāo)間隔)，如果τ>2/B，則M個(gè)主假目標(biāo)是獨(dú)立的，否則它們將相互混疊，形成一個(gè)寬度為(M-1)τ的分布假目標(biāo)，其它次假目標(biāo)也將混疊形成分布假目標(biāo)。

同時(shí)由式(2)可知，每組假目標(biāo)中假目標(biāo)的間隔為Δt。為了防止主假目標(biāo)與其他次轉(zhuǎn)發(fā)的次假目標(biāo)相互混疊，主次假目標(biāo)間隔應(yīng)大于各組主假目標(biāo)間隔。即當(dāng)Δt>(M-1)τ時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生主假目標(biāo)與其它次轉(zhuǎn)發(fā)的次假目標(biāo)及次假目標(biāo)間相互混疊的現(xiàn)象。

如果同時(shí)滿足上述2個(gè)條件，則有效假目標(biāo)數(shù)可達(dá)3M～5M個(gè)，且所有的假目標(biāo)相互獨(dú)立，它們分布在更大的徑向距離上。

第三，由式(2)和圖2不難得出，形成假目標(biāo)的組數(shù)M取決于Ts和τ的比值，即M=Ts/τ-1。當(dāng)Ts和τ確定時(shí)，M隨之確定。

2.2 干擾參數(shù)設(shè)置對(duì)干擾效果的影響

根據(jù)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理，由式(2)可知，其參數(shù)主要包括采樣周期Ts、采樣脈沖占空比τ/Ts和轉(zhuǎn)發(fā)的功率，下面分別分析其對(duì)干擾效果的影響。

(1) 采樣周期對(duì)干擾效果的影響

文獻(xiàn)[6]給出了間歇采樣干擾信號(hào)匹配濾波輸出包絡(luò)中相鄰峰值的間隔為：

(3)

由上式可知，當(dāng)τp和B一定時(shí)，干擾形成的假目標(biāo)間隔與Ts有關(guān)。Ts越大，間歇采樣干擾形成的假目標(biāo)間隔Δt越小。合理設(shè)置采樣周期，可以形成滿足需要的不同距離間隔的假目標(biāo)串。

(2) 采樣脈沖占空比對(duì)干擾效果的影響

采樣脈沖占空比決定著主假目標(biāo)的絕對(duì)幅度以及各假目標(biāo)之間的相對(duì)幅度。由式(1)可以看出，主假目標(biāo)的幅度由τ/Ts決定，當(dāng)τ/Ts=0.5時(shí)，主假目標(biāo)的幅度最大。次假目標(biāo)的幅度取決于τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs×cos(2nπfst)，其中cos(2nπfst)對(duì)其影響較小，次假目標(biāo)的幅度主要由τ/Ts決定。當(dāng)Ts一定時(shí)，調(diào)整τ/Ts，可以改變主假目標(biāo)與次假目標(biāo)之間的相對(duì)幅度，即改變干擾能量在各假目標(biāo)上的分配。

τ/Ts越大，次假目標(biāo)在干擾總能量中所占的比例越大，但主次假目標(biāo)的相對(duì)幅度差也越大，可利用的假目標(biāo)數(shù)量有限，一般只能產(chǎn)生3～5個(gè)較強(qiáng)的假目標(biāo)；τ/Ts越小，主次假目標(biāo)的相對(duì)幅度差也越小，容易形成分布較為密集且幅度相近的多假目標(biāo)。但是τ/Ts也不宜太小，否則轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)相干性將變差[16]，導(dǎo)致匹配濾波失配，嚴(yán)重影響干擾效果[16-17]。

綜上，當(dāng)干擾能量較大且τ/Ts較小時(shí)，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾能夠形成類似密集假目標(biāo)的干擾，大量的假目標(biāo)提高了檢測(cè)代價(jià)，對(duì)雷達(dá)檢測(cè)具有壓制效果；隨著τ/Ts的增大，假目標(biāo)數(shù)目減少，形成少數(shù)的較強(qiáng)假目標(biāo)，此時(shí)對(duì)雷達(dá)檢測(cè)具有欺騙效果。因此，從提高干擾效率的角度考慮，如果要實(shí)現(xiàn)密集假目標(biāo)干擾，在保證干擾功率的情況下，可以減小τ/Ts；如果要實(shí)現(xiàn)欺騙干擾，則可降低干擾功率，增大τ/Ts。

3 仿真與分析

設(shè)置不同干擾參數(shù)，對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。相關(guān)參數(shù)如下：雷達(dá)信號(hào)帶寬為5 MHz，脈沖寬度為60 μs，采樣頻率為120 MHz，目標(biāo)距離為30 km。

3.1 采樣周期對(duì)干擾效果的影響

干擾功率比目標(biāo)回波功率大6 dB，采樣脈沖占空比τ/Ts為25%，間歇采樣周期分別取1 μs、2 μs、4 μs、12 μs，干擾效果如圖3、圖4所示。

圖3 不滿足條件的干擾效果

圖4 不同周期的干擾效果

當(dāng)τ=0.25 μs，Ts=1 μs時(shí)，由于不滿足τ>2/B的條件，假目標(biāo)間相互混疊，形成一個(gè)寬度為(M-1)τ的分布假目標(biāo)。

當(dāng)τ=3 μs，Ts=12 μs時(shí)，滿足τ>2/B的條件，但不滿足Δt>(M-1)τ的條件，主假目標(biāo)與其它次轉(zhuǎn)發(fā)的次假目標(biāo)及次假目標(biāo)之間相互混疊。

3.2 采樣脈沖占空比對(duì)干擾效果的影響

在滿足干擾形成條件下，設(shè)采樣周期Ts為5 μs，采樣脈沖占空比τ/Ts分別為10%、30%、50%。干擾功率比回波功率大于6 dB。采樣脈沖占空比對(duì)于干擾效果的影響如圖5所示。

圖5 采樣脈沖占空比對(duì)干擾效果的影響

τ/Ts=10%時(shí)，能夠形成多個(gè)假目標(biāo)，各假目標(biāo)幅度較低，且幅度差別較小。此時(shí)真實(shí)目標(biāo)淹沒于假目標(biāo)群中。

隨著τ/Ts的增大，干擾能量逐漸向主假目標(biāo)集中，主假目標(biāo)幅度增大，次假目標(biāo)相對(duì)幅度降低，假目標(biāo)數(shù)量減少。同時(shí)由于τ增大，其引起的時(shí)間延遲導(dǎo)致真假目標(biāo)之間的距離增大，假目標(biāo)逐漸遠(yuǎn)離真實(shí)目標(biāo)。

當(dāng)占空比τ/Ts增大到50%時(shí)，成為間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾，其干擾效果如圖5(c)所示。

3.3 需要特殊說明的情況

前文分析中，為了防止主假目標(biāo)與其他次轉(zhuǎn)發(fā)的次假目標(biāo)相互混疊，主次假目標(biāo)間隔Δt應(yīng)大于(M-1)τ。研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)占空比不變，采樣周期Ts增大到某些特定值，使得τ為Δt的整數(shù)倍時(shí)，主假目標(biāo)與其他次轉(zhuǎn)發(fā)的次假目標(biāo)相互混疊，使得假目標(biāo)幅度得到加強(qiáng)，形成多個(gè)假目標(biāo)群。如圖6所示，當(dāng)τ=1 μs、Ts=12 μs時(shí)，τ=Δt=1 μs，此時(shí)，第1組主假目標(biāo)與第2組次假目標(biāo)、第3組第2次假目標(biāo)、……混疊，第1組次假目標(biāo)與第2組主假目標(biāo)、第3組次假目標(biāo)、……混疊，使得干擾形成一個(gè)幅度比較一致的主假目標(biāo)群和一個(gè)次假目標(biāo)群，干擾覆蓋范圍達(dá)到(M-1)τ。

圖6 假目標(biāo)加強(qiáng)的干擾效果

4 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理，分析了干擾形成的條件，研究了采樣周期和采樣脈沖占空比對(duì)干擾效果的影響，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，間歇采樣重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)干擾通過設(shè)置合適的干擾參數(shù)，可獲得比間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾更好的干擾效果，能夠?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中裝備參數(shù)設(shè)置提供有益參考。