頻率隨機捷變雷達抗掃頻干擾性能仿真

鮑秋香

(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

近年來，隨著微波半導體技術、大規模集成電路技術和高速數字信號處理技術的發展，各種新體制雷達不斷涌現，雷達技術得到了廣泛的應用和迅速的發展[1-3]。雷達是現代戰爭中的“千里眼”，具有全天時、全天候的特點，是實現精確打擊的必要手段和武器系統的測試評估手段，提高雷達的戰場生存能力和對抗性決定了現代雷達技術的發展方向[4-5]。頻率捷變雷達憑借其優越的抗干擾性能[6-7]，受到了世界科研人員的廣泛關注。

從目前的研究來看，針對頻率捷變雷達的干擾主要為掃頻干擾，掃頻干擾兼備了窄帶瞄準式干擾和寬帶阻塞式干擾的特點，通過動態掃描干擾頻帶提高了干擾的功率利用率。程彥杰等人[8]分析了多種干擾樣式對頻率捷變雷達的干擾概率，但缺乏對頻率捷變雷達在不同干擾樣式下的抗干擾效能仿真。陳榮[9]對捷變雷達的信號特征進行了分析研究，但缺乏抗干擾效能的仿真研究。孫鵬[10]等人對自適應捷變頻雷達的抗干擾性能進行分析，但缺乏抗干擾效能的仿真研究。

針對上述研究的不足，本文開展了頻率隨機捷變雷達抗掃頻干擾性能仿真研究，首先建模研究頻率隨機捷變雷達的信號模型，然后對掃頻干擾的數學模型進行理論分析，最后進行數值仿真。

1 頻率隨機捷變雷達數學模型

頻率捷變[11]是雷達反偵察、抗干擾的重要手段。頻率隨機捷變雷達的脈沖序列是由一串載頻在一定范圍內隨機跳變的全相參脈沖組成:

(1)

式中：fi=f0+m(i)Δf,為第i個脈沖的載頻，m(i)為N個數隨機排列的第i+1個值，N∈[0，N-1]；Δf為最小跳頻間隔。

目標回波可表示為：

(2)

其載頻隨時間的變化關系如圖1所示。

回波信號與exp(-j2πfit)混頻得到基帶復信號為：

(3)

可以看出，脈間跳頻脈沖序列回波混頻以后的信號與各脈沖的載頻有關。

2 掃頻干擾數學模型

掃頻干擾[12]按照頻率步進產生干擾信號，使得干擾信號能量可以集中在每個掃頻頻點。

(4)

掃頻干擾信號相位表示為：

(5)

式中：kTdw

掃頻干擾一般采用噪聲調頻方式，其表達式為：

(6)

式中：Uj為噪聲調頻信號的幅度；fj為載頻；Kf為調頻斜率，且為常數；φ為初始相位。

噪聲調頻干擾的瞬時頻率隨調制噪聲un(t)的幅度變化而變化，瞬時頻率為：

f(t)=fj+Kfun(t)

(7)

干擾信號的頻譜為：

(8)

從上式求得干擾信號的譜寬為：

Δfj=2(2ln2)1/2Kfσn

(9)

掃頻式干擾一般滿足：Δfj=(2-5)Δfr，fs=fj(t),t∈[0,T]。

fs是干擾的中心頻率為連續、以T為周期的函數。噪聲調頻干擾時域和頻域分布如圖2所示。

圖2 噪聲調頻干擾時域和頻域分布

3 仿真驗證

根據上面描述的理論模型進行仿真，其中參數選擇為：載頻10 GHz,信號帶寬80 MHz，脈寬20 μs，目標初始距離10 km，相參脈沖數128個，干擾信號為掃頻式干擾，干擾掃頻帶寬為160 MHz。當頻率捷變系數為1，也即頻率捷變范圍等于雷達帶寬時，頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出如圖3所示。

圖3 頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出

由圖3可以看出，當存在掃頻干擾時，在采用頻率捷變抗干擾前，經過脈壓處理后，10 km處的目標被淹沒在噪聲干擾下；當采用頻率捷變系數為1的頻率捷變后，目標在10 km處得到凸顯。圖4為128個脈沖在采用頻率捷變抗干擾前后的距離測量誤差曲線。

圖4 頻率捷變抗干擾前后距離測量誤差曲線

由圖4可以看出，在采用頻率捷變抗干擾前雷達的距離誤差非常大，且呈現出雜亂分布，最大距離誤差約1 500 m；而采用頻率捷變抗干擾后，距離測量誤差整體變小，最大為1 200 m。

當頻率捷變系數為2，即頻率捷變范圍等于2倍雷達帶寬時，頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出和距離測量誤差曲線如圖5和圖6所示。

圖5 頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出

圖6 頻率捷變抗干擾前后距離測量誤差曲線

由圖5和圖6可以看出，當頻率捷變系數增大為2時，采用頻率捷變抗干擾后，距離測量誤差整體變小，最大為500 m，而且只有4個脈沖存在明顯的距離誤差，其他脈沖距離誤差較小。

當頻率捷變系數為3，即頻率捷變范圍等于3倍雷達帶寬時，頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出和距離測量誤差曲線如圖7和圖8所示。

圖7 頻率捷變抗干擾前后脈壓的輸出

圖8 頻率捷變抗干擾前后距離測量誤差曲線

由圖7和圖8可以看出，當頻率捷變系數增大為3時，采用頻率捷變抗干擾后，距離測量誤差變得非常小，不存在明顯的距離誤差。

4 結束語

本文針對雷達抗掃頻干擾的問題開展基于頻率隨機捷變的雷達抗干擾研究，首先建立了頻率隨機捷變雷達的信號模型，然后對掃頻干擾的數學模型進行理論分析，最后仿真研究了該方法的抗干擾性能。仿真結果表明，增大頻率捷變系數可降低距離測量誤差，獲得非常好的跟蹤性能，因此可以取得很好的抗干擾性能。