對相位編碼雷達多假目標干擾的研究

陳福興，黎明也，邱衛軍

(中國電子科技集團公司第五十一研究所，上海 201802)

1 相位編碼信號特征

相位編碼雷達信號是一種脈沖壓縮擴頻信號，具有低截獲概率和較強的抗干擾能力。相位編碼雷達是具有擴頻特征的“復雜波形”雷達，不僅克服了脈沖雷達在同時提高發現能力、距離和速度測量精度及分辨力方面的矛盾，同時也使其在雷達對抗中具有了獨特的優勢。相位編碼雷達能在頻譜上控制雷達輻射的能量，和脈沖雷達相比，在同樣的距離條件下可以發射較低的平均功率；另一方面，可將輻射功率能量擴散到寬的頻帶上，降低單位頻帶內的能量，從而使雷達輻射不易被察覺，降低了被截獲的可能。

相位編碼雷達信號通常用二元偽隨機序列對高頻寬脈沖進行相位調制。常用的二元偽隨機序列有巴克序列、組合巴克序列、m-序列和 L-序列等。各相位編碼序列產生的效果基本相同。本文以13位巴克碼序列為例，分析說明對相位編碼雷達多假目標干擾的方法。

巴克序列能獲得理想的非周期自相關函數。一般相位編碼雷達信號的表達式如下[1]：

s(t)=u(t)ej2πf0t=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

式中：u(t)=a(t)ejφ(t)，為其副包絡，φ(t)為相位調制函數，a(t)為幅度調制函數；f0為載波頻率。

對于巴克碼雷達，?。?/p>

(2)

式中：τ為脈沖寬度；τC為每個碼元對應的寬度；N為碼元數。

每個碼元對應的子脈沖的相位相對于某連續波參考信號隨機選擇為0或π，習慣上，將相位為“0”的子脈沖標示為“1”或“+”，而將相位為π的子脈沖標示為“0”或“-”。對于每個碼元，其φ(t)∈(0，π)。13位巴克碼的編碼規律如圖1所示，13位巴克碼調制信號時序、頻域特征分別見圖2、圖3。

圖1 13位巴克碼編碼規律

圖2 13位巴克碼編碼調制信號時域特征

圖3 13位巴克碼編碼調制信號頻域特征

2 對相位編碼雷達產生多假目標的方法

對相位編碼雷達產生多假目標，一般采用數字儲頻全脈沖轉發的方式，實現對雷達的假目標模擬。傳統的收發分時系統儲頻轉發原理如圖4所示，干擾機在接收狀態時接收雷達脈沖并將脈沖信號進行存儲。存儲完成后，干擾機進入發射狀態，對存儲的信號進行轉發。要形成多假目標，需要對存儲的脈沖信號進行多次轉發。為了形成最密集的假目標效果，轉發的脈沖信號需盡可能地密集。如圖4所示，進行全脈沖轉發時，形成的最密集的假目標距離為τ(τ為雷達信號的脈沖寬度)[2]。

圖4 多假目標產生的一般方法

如果雷達的脈沖寬度較大，采用上述方法形成的多個假目標間距較大，難以形成遮蓋效果，為了增加假目標的密度，可采用截取法和疊加法形成密度更大的假目標。

2.1 截取法產生多假目標

截取法將雷達脈沖分為多個子段，在發射時，選取一個子段進行轉發。截取法的工作原理如圖5所示。以1/3截取為例：接收到的雷達脈沖信號等分為a、b、c3個子段(圖5(a))，發射時，選取a子段進行轉發(圖5(b))，轉發完成后立即再轉發a子段，多次不間斷選取a子段進行轉發(圖5(c)，5(d))，形成的多個假目標的間隔為τ/3(圖5(e))。相對于全脈沖轉發，增加了假目標的密度。

圖5 截取法產生多假目標示意

2.2 疊加法產生多假目標

疊加法同樣將偵收到的雷達脈沖信號等分為多個子段，進行干擾時，將各個子段的信號進行疊加后釋放。疊加法的原理如圖6所示，以3次疊加為例，在偵收雷達脈沖后，將雷達脈沖信號等分為a、b、c3個子段(圖6(a))，干擾機進入干擾時，將3個子段數據進行疊加處理，形成a+b+c的疊加數據，幅度處理后進行轉發(圖6(b))。轉發完成后立即再轉發a+b+c疊加數據，多次不間斷對疊加數據進行轉發(圖6(c)，6(d))，形成的多個假目標的間隔為τ/3(圖6(e))。

疊加法的疊加次數決定了形成假目標的密集程度，一般而言，疊加次數越多，形成假目標密集程度越高，假目標之間的最小間隔為τ/N(τ為雷達信號脈沖寬度，N為疊加次數)。但是，疊加次數增加后，會導致疊加數據與雷達信號的相關性變差，形成的假目標功率損失加大，疊加一定次數后，疊加的數據已經變為噪聲數據，難以形成雷達假目標[3]。

圖6 疊加法產生多假目標示意

3 對相位編碼雷達多假目標干擾的仿真分析

下面以13位巴克碼為例對相位編碼雷達的多假目標干擾進行仿真分析，分別分析截取法和疊加法對相位編碼雷達產生多假目標的情況。

對截取法仿真分析時，以4τ時間長度為分析周期，分別截取1/2脈沖，1/3脈沖，1/5脈沖和1/8脈沖的前后子段[4]。

圖7(a)為截取前1/2脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖7(b)為截取后1/2脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖7(c)為截取前1/3脈沖信號的脈壓結果，發現脈壓后在時間τ后信號幅度變為恒定值。其原因在于13位巴克碼的前5位均為1，致使截取的前1/3脈沖內的信號未發生相位變化，從而導致與匹配濾波器失配嚴重，不能形成壓縮峰值；圖7(d)為截取后1/3脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/3；圖7(e)為截取前1/5脈沖信號的脈壓結果，脈壓后在時間τ后信號為定值；圖7(f)為截取后1/5脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/5；圖7(g)為截取前1/8脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/8；圖7(h)為截取后1/8脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/8。圖7中橫坐標均以τ為時間單位。

根據仿真分析，截取法產生的假目標間距為τ/N(N為脈寬的截取等分子段數)，隨著N的增大，脈壓峰值越來越小。不同截取脈寬產生的假目標的功率損失見表1。

表1 假目標功率損失對比

對仿真結果(c)、(e)進行分析，由于相位編碼的特性，若截取的脈沖子段內相位未發生變化，脈壓后不能形成壓縮峰值，因此利用截取法對相位編碼雷達產生多假目標時，需要對相位編碼形式及編碼碼元進行分析，截取適宜的脈沖子段。

圖7 截取法產生多假目標仿真

圖8 疊加法產生多假目標仿真

對疊加法仿真分析時，同樣以4τ時間長度為分析周期，分別選取2次、3次、5次和8次疊加進行分析。

圖8(a)為疊加2次脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/2；圖8(b)為疊加3次脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/3；圖8(c)為疊加5次脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/5；圖8(d)為疊加8次脈沖信號的脈壓結果，脈壓后信號峰值間距為τ/8。圖8中橫坐標均以τ為時間單位。

根據仿真結果，疊加法產生的假目標間距為τ/N(N為疊加段數)，隨著N增大，假目標間隔越密，假目標數也相應增多，但由于片段越小，信號相參性就越差，假目標功率損失就越大。

從信號疊加原理可知，疊加后的信號幅度值提高，將導致數字射頻存儲器(DRFM)中數模轉換器(DAC)的飽和，考慮到實際DRFM系統中DAC有效位數一般多于A/D位數，為分析簡便，可不考慮DAC飽和截位。疊加后的信號在經過發射機放大時，疊加信號可以看做是N個子相位編碼信號的合成(N為疊加段數)，根據功率合成原理，每個子相位編碼信號功率為原始信號功率的1/N。因此，假目標功率應下降為10lg(1/N)。

4 結束語

本文以13位巴克碼編碼雷達為例，分析了對相位編碼雷達產生多假目標干擾的一般方法。針對全脈沖儲頻轉發產生多假目標密集度低的問題，提出了利用截取法和疊加法提高對相位編碼雷達干擾的假目標密集度，給出了截取法和疊加法對相位編碼雷達產生多假目標的目標間距和功率損耗的仿真計算。本文的研究結果為相位編碼雷達的多假目標干擾參數設計和干擾機功率計算提供了依據。