郝萬兵 張 軍 陳 劍

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中,電磁頻譜對(duì)抗是破敵制勝的關(guān)鍵[1]。作為重要的電磁頻譜載體,敵我雙方雷達(dá)與干擾裝備的對(duì)抗呈現(xiàn)日益激烈的態(tài)勢[1]。針對(duì)線性調(diào)頻雷達(dá),干擾方常采用相干壓制、假目標(biāo)欺騙等方式對(duì)雷達(dá)進(jìn)行干擾,典型的干擾樣式為間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾,具備抗雷達(dá)脈間捷變的能力,通過調(diào)整采樣時(shí)間、發(fā)射時(shí)間與多普勒頻移等參數(shù),可達(dá)到相參壓制或者導(dǎo)前假目標(biāo)干擾的效果[3]。

隨著技術(shù)的進(jìn)步,新體制雷達(dá)的抗干擾能力逐漸提升,可通過時(shí)域、頻域、空域、能量域、極化域等多維度抗干擾措施,使得干擾信號(hào)無法進(jìn)入處理接收機(jī)或者進(jìn)入接收機(jī)后被識(shí)別與剔除[1]。大量的理論推導(dǎo)與對(duì)抗試驗(yàn)表明,傳統(tǒng)的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾一般采用較規(guī)律的參數(shù),干擾信號(hào)經(jīng)雷達(dá)天線接收進(jìn)入接收機(jī),混頻后經(jīng)A/D采樣,經(jīng)過脈壓與MTD處理后,假目標(biāo)的距離波門間隔與能量呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,雷達(dá)在處理域通過對(duì)信號(hào)處理后假目標(biāo)的特征進(jìn)行提取與學(xué)習(xí),識(shí)別干擾信號(hào)并剔除,消除或降低干擾方對(duì)雷達(dá)的影響[2]。為了保證干擾方對(duì)上述抗干擾措施的干擾效能,提高干擾信號(hào)的抗識(shí)別能力非常重要。本文基于傳統(tǒng)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生過程,在雷達(dá)信號(hào)采樣過程中,采用非均勻方法完成信號(hào)相干采集;在干擾信號(hào)生成過程中,采用組合重構(gòu)的方法完成干擾波形生成。通過Matlab仿真試驗(yàn),驗(yàn)證了改進(jìn)方法的良好性能。

本文闡述了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的產(chǎn)生過程,對(duì)傳統(tǒng)方式產(chǎn)生的假目標(biāo)特性進(jìn)行了分析?；诜治鼋Y(jié)果,從兩個(gè)方面提出了改進(jìn)措施,采樣過程中基于偽隨機(jī)m序列生成各采樣片段的長度,產(chǎn)生過程中基于片段重排生成干擾波形。仿真實(shí)驗(yàn)中,對(duì)各階段的脈壓特征做分析,總結(jié)了改進(jìn)方法的假目標(biāo)效果。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

1.1 產(chǎn)生原理

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的處理過程:截獲到大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào),高保真采樣其中的一小段信號(hào)后馬上進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā),然后再采樣、處理轉(zhuǎn)發(fā)下一段,采樣轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直到大時(shí)寬信號(hào)結(jié)束[4]。圖1是間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生示意圖,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷達(dá)信號(hào)的時(shí)間;Ei(1≤i≤N)表示將所接收到的雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間。

圖1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生示意圖

假設(shè)采樣時(shí)長為Tr,采樣轉(zhuǎn)發(fā)周期為Ts,那么間歇采樣包絡(luò)脈沖為

(1)

通過傅里葉變換得到間歇采樣包絡(luò)脈沖的頻譜為

(2)

威脅雷達(dá)信號(hào)為x(t),其脈寬為T,頻譜為X(f),干擾機(jī)在截獲到雷達(dá)信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行間歇采樣處理,即以p(t)與其做相乘運(yùn)算,得到采樣信號(hào)為

xs(t)=p(t)x(t)

(3)

從而得到采樣信號(hào)的頻譜為

(4)

假設(shè)雷達(dá)匹配濾波函數(shù)為h(t),則干擾信號(hào)經(jīng)過雷達(dá)脈壓處理后的脈沖壓縮信號(hào)為

ys(t)=xs(t)*h(t)

(5)

使用雷達(dá)模糊函數(shù)的概念分析間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾脈沖壓縮后的特點(diǎn),假設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)x(t)的模糊函數(shù)為χ(τ,ξ),則[5]

(6)

脈沖壓縮處理后,間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的脈壓信號(hào)可以重新表示為

(7)

從式(7)可以看出間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以使雷達(dá)產(chǎn)生一串在徑向距離上對(duì)稱分布的假目標(biāo)回波信號(hào),且假目標(biāo)的功率由對(duì)稱中心向兩邊衰減。

相鄰假目標(biāo)的脈壓距離為

(8)

功率最大假目標(biāo)距離兩個(gè)相鄰的假目標(biāo)的脈壓距離是正常脈壓距離的一半,為

(9)

不疊加多普勒頻移的情況下,功率最大假目標(biāo)所處的脈壓距離點(diǎn)與真實(shí)回波信號(hào)脈壓點(diǎn)距離重合。

1.2 仿真分析

設(shè)置雷達(dá)參數(shù):雷達(dá)信號(hào)為5MHz正線性調(diào)頻信號(hào),脈沖寬度為80μs,脈沖重復(fù)周期1ms,采樣時(shí)長和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)長都為5μs。間歇采樣時(shí)域?qū)嵅啃盘?hào)如圖2(a)所示,原始信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜圖如圖2(b)所示,脈壓結(jié)果如圖3所示。

圖2 時(shí)域圖與頻譜圖

圖3 原始信號(hào)與間歇采樣干擾脈壓結(jié)果圖

從圖2(a)中可以看出采樣方式為均勻采樣。從圖2(b)中可以看出間歇采樣干擾信號(hào)的頻譜被均勻分割,分割比例為收發(fā)次數(shù)8。從圖3中可以看出功率最大假目標(biāo)所處的脈壓距離點(diǎn)與真實(shí)回波信號(hào)脈壓點(diǎn)距離重合為80μs,相鄰假目標(biāo)的脈壓距離為3μs,功率最大假目標(biāo)距離兩個(gè)相鄰的假目標(biāo)的脈壓距離是1.5μs,與1.1節(jié)理論分析一致。

2 非均勻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

2.1 產(chǎn)生原理

上節(jié)中對(duì)傳統(tǒng)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理、產(chǎn)生過程及干擾效果進(jìn)行了介紹,理論分析表明,假目標(biāo)的脈壓結(jié)果以功率峰值所處脈壓距離點(diǎn)為中心向兩邊呈對(duì)稱形態(tài)衰減,具有較強(qiáng)的規(guī)律性,易被雷達(dá)處理端識(shí)別并剔除。因此,在傳統(tǒng)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生的方式基礎(chǔ)上,對(duì)采樣方式進(jìn)行改進(jìn),本文使用基于偽隨機(jī)m序列的非均勻采樣方式,獲取雷達(dá)信號(hào)片段[5]。

非均勻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的處理過程:產(chǎn)生一組偽隨機(jī)m序列,截獲到大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào),高保真采樣當(dāng)前m序列對(duì)應(yīng)長度的一小段信號(hào)后馬上進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā),然后再采樣、處理轉(zhuǎn)發(fā)下一段,每次采樣長度取自m序列計(jì)算結(jié)果,采樣轉(zhuǎn)發(fā)分時(shí)交替工作直到大時(shí)寬信號(hào)結(jié)束[4]。圖4為非均勻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生示意圖,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷達(dá)信號(hào)的時(shí)間;Ei(1≤i≤N)表示將所接收到的雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間。

圖4 非均勻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生干擾示意圖

假設(shè)第i個(gè)采樣時(shí)長為Tri,采樣轉(zhuǎn)發(fā)周期為Tsi,那么非均勻間歇采樣包絡(luò)脈沖為

(10)

通過傅里葉變換得到非均勻間歇采樣包絡(luò)脈沖的頻譜為

(11)

按照上節(jié)中的方式對(duì)所截獲的雷達(dá)信進(jìn)行非均勻間歇采樣處理,得到采樣信號(hào)頻譜為

(12)

脈沖壓縮處理后,間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的脈壓信號(hào)可以重新表示為

(13)

從式(13)可以看出非間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以使雷達(dá)產(chǎn)生一串在徑向距離上分布隨機(jī)的假目標(biāo)回波信號(hào),假目標(biāo)的功率從峰值點(diǎn)至兩端總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機(jī)化。

相鄰假目標(biāo)的脈壓距離為

(14)

2.2 仿真分析

設(shè)置雷達(dá)參數(shù):雷達(dá)信號(hào)為5MHz正線性調(diào)頻信號(hào),脈沖寬度為80μs,脈沖重復(fù)周期1ms,采樣時(shí)長和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)長使用預(yù)設(shè)m序列值產(chǎn)生。非均勻間歇采樣時(shí)域?qū)嵅啃盘?hào)如圖5(a)所示,原始信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜圖如圖5(b)所示,脈壓結(jié)果如圖6所示。

圖5 時(shí)域圖與頻譜圖

圖6 原始信號(hào)與非均勻間歇采樣干擾脈壓結(jié)果圖

從圖5(a)中可以看出采樣方式為非均勻采樣。從圖5(b)中可以看出非均勻間歇采樣所生成干擾信號(hào)相較雷達(dá)信號(hào)在頻譜上被非均勻分割,各片段對(duì)應(yīng)頻譜間距與幅度均不同。從圖6中可以看出假目標(biāo)的功率從峰值點(diǎn)至兩端總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機(jī)化,與2.1節(jié)理論分析一致。

3 非均勻組合間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

3.1 產(chǎn)生原理

上節(jié)中對(duì)非均勻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的原理、產(chǎn)生過程及干擾效果進(jìn)行了介紹,理論分析表明,假目標(biāo)的脈壓結(jié)果以功率峰值所處脈壓距離點(diǎn)為中心總體呈衰減趨勢,但幅度變化率呈隨機(jī)化,脈壓結(jié)果的規(guī)律性大幅降低。本文在上節(jié)基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí),對(duì)隨機(jī)采樣后的片段重新排序組合,重構(gòu)后發(fā)射干擾波形,進(jìn)一步降低干擾信號(hào)脈壓結(jié)果的規(guī)律性,同時(shí)擴(kuò)大前置假目標(biāo)的前置距離[6]。

非均勻組合間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的處理過程:產(chǎn)生一組偽隨機(jī)m序列,截獲到大時(shí)寬雷達(dá)信號(hào),按照m序列對(duì)應(yīng)長度高保真采樣,獲取采樣片段后,重新排序組合,重構(gòu)生成新的干擾波形轉(zhuǎn)發(fā)。非均勻采樣方式與2.1節(jié)相同,波形重構(gòu)如圖7所示。

圖7 非均勻組合間歇采樣干擾波形重構(gòu)示意圖

3.2 仿真分析

設(shè)置雷達(dá)參數(shù):雷達(dá)信號(hào)為5MHz正線性調(diào)頻信號(hào),脈沖寬度為80μs,脈沖重復(fù)周期1ms,采樣時(shí)長和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)長使用預(yù)設(shè)m序列值產(chǎn)生,波形重構(gòu)規(guī)則為倒序重構(gòu),順序?yàn)?->7->6->5->4->3->2->1。非均勻組合間歇采樣時(shí)域?qū)嵅啃盘?hào)如圖8(a)所示,原始信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜圖如圖8(b)所示,脈壓結(jié)果如圖9所示。

圖8 時(shí)域圖與頻譜圖

圖9 原始信號(hào)與非均勻組合間歇采樣干擾脈壓結(jié)果圖

從圖8(a)中可以看出采樣方式為非均勻采樣。從圖8(b)中可以看出非均勻間歇采樣所生成干擾信號(hào)相較雷達(dá)信號(hào)在頻譜上被非均勻分割,各片段對(duì)應(yīng)頻譜間距與幅度均不同。從圖9中可以看出脈壓后假目標(biāo)脈壓距離點(diǎn)分布范圍擴(kuò)大,最大前置距離為15μs,且各峰值點(diǎn)幅度分布隨機(jī)化,干擾規(guī)律性進(jìn)一步降低,且能產(chǎn)生較大前置距離的假目標(biāo)。

4 結(jié)束語

從上述原理介紹與仿真分析表明:

1)傳統(tǒng)間歇采樣干擾的頻譜分割均勻、產(chǎn)生的假目標(biāo)脈壓處理后距離點(diǎn)的間隔呈規(guī)律趨勢,脈壓幅度分布呈Sinc分布趨勢;

2)非均勻間歇采樣干擾頻譜分割不均勻、特征不明顯,產(chǎn)生的假目標(biāo)脈壓處理后距離點(diǎn)間隔隨機(jī)化,產(chǎn)生的假目標(biāo)導(dǎo)前距離較小,脈壓幅度從峰值點(diǎn)至兩端總體呈衰減趨勢,幅度分布隨機(jī);

3)非均勻組合間歇采樣干擾頻譜分割不均勻、特征不明顯,產(chǎn)生的假目標(biāo)脈壓處理后距離點(diǎn)間隔隨機(jī)化,可產(chǎn)生較大導(dǎo)前距離的前置假目標(biāo),脈壓幅度分布隨機(jī)。

實(shí)際對(duì)抗過程中,可根據(jù)實(shí)際對(duì)抗需要,選擇合理的m序列分布范圍、波形重組原則,防止被雷達(dá)處理端識(shí)別,并達(dá)到最佳干擾效果。

論文對(duì)傳統(tǒng)間歇采樣、非均勻間歇采樣、非均勻組合間歇采樣的產(chǎn)生原理進(jìn)行了介紹,并在Matlab中仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果與理論分析符合。實(shí)際使用過程中,如何選擇合理的m序列分布范圍、波形重組原則有待進(jìn)一步研究。