采用卷積調(diào)制與間歇采樣的多假目標干擾方法
摘要：為提高天線收發(fā)分時體制干擾設(shè)備的干擾能力，文中結(jié)合卷積調(diào)制干擾與間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾，形成包含兩種干擾方式優(yōu)點的聯(lián)合干擾方式。該方式可以在雷達徑向距離上形成數(shù)目不受限制的假目標群。仿真結(jié)果證明該方法的可行性。在現(xiàn)有的數(shù)字射頻存儲平臺的實測結(jié)果顯示了徑向分布的假目標群，更進一步表明該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：卷積調(diào)制；間歇采樣；數(shù)字射頻存儲(DRFM)；多假目標干擾
為提高雷達探測距離和距離分辨率，現(xiàn)代雷達普遍采用線性調(diào)頻信號。這是因為線性調(diào)頻信號通過脈內(nèi)或脈間的相干性，使得其經(jīng)過匹配濾波后能夠獲得很高的相干處理增益，可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾。文獻針對線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達提出了一種新的相干干擾技術(shù)：卷積調(diào)制干擾。其原理是將接收到的雷達信號與某視頻信號進行卷積后轉(zhuǎn)發(fā)。該方法能靈活產(chǎn)生假目標欺騙干擾和噪聲遮蓋干擾。文獻闡述了幅度調(diào)制的一種特殊情況：間歇采樣的數(shù)學原理，對干擾效果進行了仿真，為天線收發(fā)分時體制在相干干擾上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。本文將兩種方法加以融合，形成一種可采用數(shù)字射頻存儲(DRFM)實現(xiàn)的多假目標干擾方法。該方法可以應(yīng)用于天線收發(fā)分時體制干擾設(shè)備。
1 卷積調(diào)制干擾原理
為方便討論，對文獻中的卷積調(diào)制基本原理進行簡要介紹。設(shè)干擾設(shè)備接收到的敵方雷達信號為x(t)，用一視頻信號f(t)與接收到的信號卷積后轉(zhuǎn)發(fā)，即得到干擾信號為
j(t)=f(t)*x(t) (1)
為產(chǎn)生多假目標欺騙干擾，視頻信號f(t)可以選為N個幅度不同、時延不同的沖擊脈沖組成的脈沖串，即
因此，卷積結(jié)果相實際上當于將干擾設(shè)備接收的線性調(diào)頻信號經(jīng)過不同時延的延時線后加權(quán)疊加。如圖1所示。工程實現(xiàn)上，采用DRFM可以很容易實卷積調(diào)制。
2 間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾
根據(jù)文獻介紹間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾的基本原理，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾可以看成是一種幅度調(diào)制干擾方法。間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾在干擾設(shè)備上的基本工作過程如圖2所示。
從圖2可知，其工作過程為用一矩形脈沖串對大時寬雷達信號(一般情況下T>Ts)進行采樣，同時在前后兩個采樣間隙對采樣的信號進行轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)延時量一般大于矩形脈沖寬度。工程實現(xiàn)上可采用數(shù)字射頻存儲技術(shù)(DRFM)來實現(xiàn)。
現(xiàn)設(shè)采樣脈沖串為：
因此，干擾信號頻譜是原雷達信號的周期加權(quán)延拓，加權(quán)系數(shù)為an=τfssinc(πnfsτ)。當n=0時，即為原信號頻譜。因此該分量經(jīng)匹配濾波后會在雷達脈沖結(jié)束時刻形成與真實目標波形完全相同的主假目標，其幅度為τfs<1，稱為采樣占空比。而其他分量X(f±nfs)發(fā)生了±nfs的頻移，可以看成是附加了±nfs砸的頻移干擾信號。若雷達信號為線性調(diào)頻信號，利用線性調(diào)頻信號頻移和時延之間的強耦合性，經(jīng)過脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)后，在時域上就會形成多個徑向分布的不同幅度的假目標，且以主假目標為中心對稱分布。但是隨n逐漸增大，頻移分量X(f±nfs)經(jīng)過匹配濾波后的失配越嚴重，輸出脈沖寬度逐漸展寬，且其幅度也不斷降低。因此，間歇采樣直接轉(zhuǎn)發(fā)干擾一般最多只能產(chǎn)生3～5個有效的假目標干擾。
如圖3所示，雷達信號帶寬為100M，脈寬為48 μs，τ=3μs，Ts=6μs。一種特殊的情況是，fs=1／Ts大于信號帶寬，則所有頻移分量X(f± nfs)(n≠0)均位于雷達匹配濾波帶寬之外，此時，干擾信號表現(xiàn)為一個主假目標干擾。這是該干擾樣式的局限性。
3 卷積調(diào)制與間歇采樣聯(lián)合干擾分析
文中提出的聯(lián)合干擾方式可以根據(jù)需要產(chǎn)生所需的假目標數(shù)目。其工作過程如圖4所示。其思想是利用卷積調(diào)制干擾能產(chǎn)生數(shù)目不受限制的假目標的性質(zhì)，同時利用間歇采樣在特定干擾平臺(機載、彈載)的工程可實現(xiàn)性。
根據(jù)式(1)和式(5)，可得聯(lián)合干擾信號為：
其中。假設(shè)干擾信號Xs(f)經(jīng)匹配濾波后的時域脈壓信號為ys(t)，的首個主假目標出現(xiàn)在T時刻，即ys(t)的主峰值出現(xiàn)雷達脈沖結(jié)束時刻。根據(jù)傅里葉變換性質(zhì)，Ji(f)經(jīng)過匹配濾波后所形成的主假目標在時間軸上比首個主假目標滯后ti。因此J(f)經(jīng)匹配濾波后總體效果可以表示為
y(t)=a1ys(t-t1)+a2ys(t-t2)+···+aNys(t-tN) (12)
根據(jù)上節(jié)的討論，該式表示形成的主假目標個數(shù)為N，同時每個主假目標周圍分布著幅度較小的次假目標。
工程實現(xiàn)上，根據(jù)均勻間歇采樣特性，合理選擇延遲時間，如圖4所示，t1=τ，ti=τ+(i*m-1)Ts，動態(tài)改變采樣脈沖寬度τ和采樣脈沖周期Ts，可以實現(xiàn)假目標的動態(tài)分布。
合理選擇N值，可以實現(xiàn)在整個雷達脈沖重復(fù)周期內(nèi)均有假目標出現(xiàn)，實現(xiàn)假目標的大范圍空間分布。例如，脈沖重頻為1ms，Ts=2 μs，則在1ms內(nèi)最多可出現(xiàn)500個主假目標。當然實現(xiàn)這個目標還需考慮工程實現(xiàn)的可能性。同時，當ti>T，即雷達脈沖結(jié)束時，可令ti=τ+(j*m-1)Ts+△τ，改變△τ，m，可實現(xiàn)主假目標的非均勻分布。
4 對線性調(diào)頻信號的干擾仿真
根據(jù)圖4及式(12)，設(shè)N=3，τ=1 μs，Ts=2μs，雷達脈沖寬度48μs，帶寬為100 M，加權(quán)系數(shù)全為1。仿真結(jié)果如圖5所示。
從圖5中可以看到，第一個主假目標出現(xiàn)在48μs時刻，即脈沖結(jié)束時刻，其余兩個主假目標分別出現(xiàn)在50μs和52μs時刻。主假目標間距為間歇采樣周期。仿真結(jié)果與上節(jié)分析一致。
5 在DRFM上的實現(xiàn)
DRFM可以截獲、存儲、處理并復(fù)制雷達信號，干擾方式靈活可變，且產(chǎn)生的干擾信號與雷達信號是相干的。為驗證上文所述干擾方法，可依托現(xiàn)有的DRFM平臺。該平臺主要由FPGA、DAC與ADC組成，DAC與ADC工作時鐘為2．4 GHz，系統(tǒng)瞬時工作帶寬為1 GHz。測試雷達信號為線性調(diào)頻信號，由DDS產(chǎn)生，帶寬為7 MHz，中心頻率300 MHz，脈寬為50μs。信號采集設(shè)備為力科(LeCroy)8400A型示波器，最高采樣速率達20GS／s。信號處理采用Matlab。主假目標數(shù)N=8，τ=3μs，Ts=6．2μs，加權(quán)系數(shù)均為1。同時為在雷達徑向距離上形成假目標分布帶，增加干擾設(shè)備對雷達的壓制距離，可在雷達信號結(jié)束時，多次讀取并復(fù)制先前存儲的雷達信號。此時，仍然保留采樣窗口，但不進行信號存儲，即工作方式保持不變。實測結(jié)果如圖6、7、8所示。
圖6、7、8的脈壓輸出均未加窗。從圖7時域波形可以看到，干擾信號含有較多的低頻成分，這是由DRFM平臺所帶來的影響。在用Matlab進行信號處理時，應(yīng)先濾除帶外頻譜成分。從圖7的處理結(jié)果可以看到，在時間軸上出現(xiàn)以8為單位的假目標群，該假目標群又以一定的周期重復(fù)出現(xiàn)，形成假目標分布帶，可以掩護處于該距離段內(nèi)的所有真實目標。圖7所示的掩護距離達到300μs。且該值可以任意設(shè)定。從圖8可知，對于距離分辨率低的線性調(diào)頻體制雷達，可形成類似噪聲干擾的效果，且該噪聲干擾具有很強的相參性。
另外，假目標個數(shù)N的設(shè)置還需考慮發(fā)射機的有效發(fā)射功率。在發(fā)射機功率一定的情況下，假目標數(shù)目越多，每個假目標獲得的有效功率越小，則其干擾距離越小。因此，實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)電子戰(zhàn)環(huán)境合理設(shè)置假目標數(shù)目。
6 結(jié)論
文中在分析卷積調(diào)制與間歇采樣的原理基礎(chǔ)上，形成適用于機載彈載等特定干擾平臺的干擾方式。該干擾方式具有形成的假目標數(shù)目與掩護距離任意設(shè)定的特點，具有很強的實用性，可以對SAR等線性調(diào)頻體制雷達形成有效的干擾。
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