基于線性函數移頻的前沿復制自衛干擾技術研究

安 濤，楊祎綪，劉金鵬

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

為了增大雷達的作用距離，需要增大雷達的平均發射功率，而提高雷達的距離分辨率又要求發射脈沖寬度盡量小，從而減小了雷達的平均發射功率[1]。脈沖壓縮雷達采用寬脈沖發射來提高發射的平均功率，保證足夠的最大作用距離，而在接收時則采用相應的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離和分辨能力之間的矛盾[2]。

對線性調頻(LFM)脈沖壓縮雷達的自衛干擾一直是電子戰領域研究的熱點和難點，主要有卷積干擾、移頻干擾、間歇采樣轉發干擾等干擾樣式[3]。其中卷積干擾包括延時疊加、視頻卷積等干擾樣式。移頻干擾包括單點移頻、隨機移頻、階梯波移頻、線性函數移頻、分段線性函數移頻等干擾樣式。間歇采樣轉發干擾包括直接轉發、重復轉發、循環轉發等干擾樣式。

1 傳統前沿復制重復轉發干擾原理

雷達是通過對回波信號的檢測發現目標的存在并測量其參數信息的，而干擾的目的就是破壞或迷惑雷達對真正目標的檢測和跟蹤，干擾分為欺騙干擾和噪聲壓制干擾[4]。噪聲壓制干擾由于與LFM脈沖壓縮雷達的匹配濾波器的脈沖響應不匹配，導致功率損耗比較大，因此干擾效果比較有限。而對存儲的雷達信號進行調制生成的干擾信號與雷達的匹配濾波器的脈沖響應匹配，需要一定的干擾功率就可以達到欺騙或者相參壓制的干擾效果。前沿復制是自衛干擾的重要干擾手段，前沿復制主要存儲雷達信號的前沿片段，立即進行干擾發射，發射時重復轉發前沿片段，發射寬帶至少覆蓋回波脈沖后沿。前沿復制重復轉發干擾很好地解決了電子對抗中收發隔離的問題，得到了大量的應用。前沿復制重復轉發干擾原理框圖如圖1所示。其中T為雷達信號脈沖寬度，Ts為存儲片段寬度，Td為干擾機固有延時。

圖1 前沿復制重復轉發干擾原理框圖

為了分析前沿復制重復轉發干擾對線性調頻脈沖壓縮雷達的干擾效果，需要首先分析線性調頻雷達信號的匹配濾波理論。線性調頻信號可以用如下的復數形式來表達：

(1)

式中：f0為載波頻率；T為雷達信號脈沖寬度；K為頻率調制斜率。

fi=f0+Kt，0≤t≤T

(2)

線性調頻信號匹配濾波器相位色散的絕對值與線性調頻信號相同，但符號相反，從頻域時間特性上可以認為是調頻斜率相同，方向相反[5]。因此，線性調頻信號的匹配濾波器時域脈沖響應為：

(3)

線性調頻信號通過匹配濾波器后的包絡響應為：

(4)

對應前沿復制干擾來說，干擾信號重復發射存儲的雷達信號的片段，此時干擾信號的復數形式為：

(5)

式中:Ts為前沿復制寬度；N為干擾發射時發射的前沿個數。

此時第i個干擾信號片段通過匹配濾波器后的包絡響應為：

|Ji(t)|=|h(t)*ji(t)|=

(6)

對前沿復制重復轉發進行仿真，設定中頻線性調頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，數字射頻存儲器(DRFM)的采樣率為2 400 MHz。假設干擾機所在平臺距離雷達12 km，則回波信號脈沖壓縮后出現在12 km處，此目標稱之為真目標。由于在干擾時間段，干擾機存儲信號需要時間，同時干擾機也有自身固有的鏈路延時，設定干擾機固定延時為200 ns，則干擾信號延時為Ts+200 ns，同時放大10倍干擾信號幅度，仿真結果如圖2所示。

圖2 不同前沿復制密度仿真圖

由式(6)及圖2可以看出，前沿復制的片段都能形成假目標，假目標均滯后于真實目標，滯后的距離為信號延時的距離，前沿寬帶越寬，干擾信號發射延時越大，形成的假目標離真實目標的距離越遠。隨著前沿寬度的不斷減小，由于干擾信號與匹配濾波器的匹配性越來越差，形成的假目標功率也越來越小，與真目標的相似度也越來越差。

2 線性函數移頻干擾分析

前沿復制重復轉發干擾很好地解決了電子對抗中收發隔離的問題，并且能夠快速跟上目標，可以對目標進行逐個脈沖的干擾，從而形成多個假目標，形成欺騙干擾效果。但是經過匹配濾波器后形成的假目標為單點假目標，不能在距離上形成一定寬度的壓制干擾效果，在自衛干擾環境下具有干擾失敗的風險。

線性函數移頻干擾是在單點移頻的基礎上改進而來的，與單點移頻是在雷達信號上疊加單點頻率不同，線性函數移頻是在雷達信號上疊加按線性函數變化的頻率信號。設置疊加的線性函數干擾信號起始頻率為fj，線性函數調頻斜率為Kj,則干擾信號可以用下式表示：

j(t)=u(t)ej2πf0tej2πfjtejπKjt2)=

(7)

設定中頻線性調頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，DRFM的采樣率為2 400 MHz。干擾機自身固有的鏈路延時設定為200 ns，干擾信號幅度放大3倍，不考慮收發隔離問題，干擾機邊存儲信號邊發射干擾信號，假設干擾機所在平臺距離雷達12 km，線性函數移頻干擾信號初始頻率fj=2 MHz，分別設置不同的調頻斜率Kj，仿真結果如圖3所示。

圖3 不同調頻斜率的仿真圖

在以上的仿真中，處于12 km處為真目標，處于11.655 km附近的為假目標。干擾信號通過匹配濾波后形成的假目標不再是單點假目標，而是在距離上覆蓋一定寬度的假目標。隨著調頻斜率的增加，假目標距離覆蓋寬度變大，但是由于失配嚴重，干擾信號的功率下降也更多。因此，可以適當增加干擾信號功率，選擇較大的調頻斜率，就可以形成覆蓋一定距離的相參壓制的干擾效果。

3 基于線性函數移頻的前沿復制干擾分析

前沿復制重復轉發干擾很好地解決了電子對抗中收發隔離的問題，并且能夠快速跟上目標，對目標進行逐個脈沖的干擾。但是在自衛干擾中前沿復制重復轉發干擾延時必須和移頻干擾相結合才能形成超前的假目標，并且不能形成相參壓制的干擾效果，在實際作戰中有一定的風險?；诰€性函數移頻的全脈寬干擾，可以形成距離上覆蓋一定寬度的相參壓制干擾效果。但是在實際工程應用中，由于干擾機的發射功率越來越大，干擾機無法邊存儲邊干擾，因此無法解決收發隔離的問題，接收到的雷達信號受到干擾信號的污染，無法形成有效的干擾。而基于線性函數移頻的前沿復制干擾結合了前沿復制重復轉發和線性函數移頻的特點，既能夠解決電子對抗收發隔離的問題，又能形成相參壓制的自衛干擾效果?；诰€性函數移頻的前沿復制干擾信號可以用下式表示：

(8)

式中：Ts為前沿復制寬度；N為干擾發射時發射的前沿個數；fj為線性函數干擾信號起始頻率；Kj為線性函數調頻斜率。

仿真條件設定中頻線性調頻信號中心頻率f0=1 800 MHz，帶寬B=20 MHz，脈寬T=25 μs，DRFM的采樣率為2 400 MHz。干擾機自身固有的鏈路延時設定為200 ns，假設干擾機所在平臺距離雷達12 km，線性函數移頻干擾信號初始頻率fj=7 MHz，調頻斜率Kj=240 kHz/μs，干擾信號幅度放大5倍，選取不同的前沿寬度，仿真結果如圖4所示。

圖4 不同前沿復制寬度仿真圖

在以上的仿真中，處于12 km處為真目標，其它距離處為基于線性函數移頻的前沿復制干擾信號脈沖壓縮后的結果。與基于線性函數移頻的全脈寬干擾相同，基于線性函數移頻的前沿復制干擾信號通過匹配濾波后形成的假目標不再是單點假目標，而是在距離上覆蓋一定寬度的假目標。與前沿復制重復轉發干擾不同，基于線性函數移頻的前沿復制干擾信號通過移頻后形成的假目標超前真目標。因此，基于線性函數移頻的前沿復制干擾形成的假目標具有超前、覆蓋一定距離寬度等優點，在自衛干擾中具有良好的干擾效果。

4 結束語

本文討論了傳統前沿復制重復轉發干擾、線性函數移頻干擾的原理，并對2種干擾進行了仿真和分析。前沿復制重復轉發干擾解決了干擾機中收發隔離的問題，并且形成多個假目標，形成了欺騙干擾效果，但是經過匹配濾波器后形成的假目標為滯后真目標的單點假目標，不能在距離上形成一定寬度的壓制干擾效果，在自衛干擾環境下具有干擾失敗的風險。線性函數移頻干擾能夠在距離上形成覆蓋一定寬度的相參壓制的干擾效果，但是不能解決收發隔離問題，在工程中的應用受到一定的限制?；诰€性函數移頻的前沿復制干擾綜合前沿復制重復轉發和線性函數移頻干擾的優點，既能夠解決收發隔離問題，可以快速跟上目標，對目標實現逐個脈沖干擾，又可以形成在距離上覆蓋一定寬度的相參壓制的干擾效果。