同时对多雷达信号的DRFM干扰系统研究

2011-03-20王建龙

电子科技 2011年7期

王建龙

(西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安710071)

转发式干扰是雷达对抗的一种有效干扰手段，数字射频存储DRFM是转发式干扰系统的重要组成部分。它具有相参捕获及复制威胁信号的能力，能对包括脉冲压缩和脉冲多普勒等相参信号在内的各种威胁信号进行有效地干扰。

面对多体制、多部雷达同时工作、多威胁信号同时扫描的复杂电子环境，电子对抗设备在多信号侦收、分选、识别、处理和干扰技术等方面，面临着越来越严峻的考验。当遇到需要同时干扰几部雷达的情况时，干扰设备要对多种信号进行同时干扰，而且对每种信号都能达到较好的干扰效果。

1 雷达信号分析

1.1 线性调频信号

线性调频信号可以表示为

其中，A为脉冲幅度;f0为中心频率;u为调频斜率。为矩形函数。

线性调频信号的包络是宽度为τ的矩形脉冲，但信号的瞬时频率是随时间线性变化的

其调频带宽为

由匹配滤波理论可知，其匹配滤波器的传递函数为

其中，U(ω)为输入信号u(t)的傅里叶变换。频域压缩的基本原理，如图1所示。

图1 数字脉冲压缩原理

对H(ω)与输入序列u(t)的FFT变换的乘积作IFFT便得到脉压输出信号y(t)。

线性调频信号经过匹配滤波器后的时频域图形如图2所示。

1.2 巴克码信号

巴克码是一种典型的二相码，在脉冲压缩雷达系统中有较多的应用。巴克码序列{cn}cn∈(1，－1)，n=0，1，2，…，N－1是一种二元伪随机序列，。其非周期自相关函数满足如式(5)所示的关系。

图2 线性调频的压缩特性

其复数表达式为

式中，ci是与调相码符合有关的值;取值为+1或－1;N为相位码比特数;τc为子码宽度。常见的二相编码为13位巴克码序列，其编码规律如下

由匹配滤波器理论可知，信号通过配滤波器的输出就是信号的自相关函数。因此，雷达信号所用的二相编码信号要求其自相关函数具有较高的主副瓣比，而巴克码自相关函数的主副瓣比等于压缩比，即等于码长N，旁瓣均匀，是一种理想的编码脉压信号。13位巴克码序列信号经过压缩处理后其波形如图3所示。

图313 位巴克码信号脉压后的输出波形

2 DRFM系统方案设计

由于DRFM是一种瞬时响应的干扰技术，它在一个时刻只针对一个特定的信号进行干扰，这个特定信号就是最新捕获的信号。即一旦有新的信号捕获，则立即用该信号的波形数据刷新存储器，用该信号的出现时间来同步存储器的写入和读出，从而立即转入对该信号的干扰。如果要求DRFM同时干扰多个威胁信号，则需要对存储器进行扩充，使其能够同时保留多个被干扰信号的样本，并保持对每个信号样本的时间同步。如果在数据进入存储器之前就能提供当前样本的辐射源编号Di，则可以保持每个存储器、读写控制器、干扰调制器与该辐射源编号一致，达到最佳分配、管理和干扰的目的。要实现该过程，必须首先对接收信号进行识别。文中采用瞬时测频的方法，系统设计如图4所示。

图4 DRFM系统组成框图

按照框图所示，雷达射频信号首先通过测频电路，在较短时间内通过瞬时测频技术获得信号样本的频率信息，对该信号进行识别并确定其样本编号Di，形成对应存储器和读写控制/干扰调制器的启动信号。基带信号经过ADC采样，量化为正交I、Q调制数据。两个过程同时进行，并相互独立。

ADC输出的数据同时输送给K个并行的同步双口存储器，此时测频电路只选通编号为Di的读写控制单元与干扰调制器产生响应，这样信号Di就进入专设的i通道进行存储并进行特定的干扰调制。由于测频电路进行信号识别的过程需要短暂的时延，所以读写控制单元须延迟相应的时间再对数据进行读写操作。存储阶段，K个存储模块的读写控制单元各自独立工作，分别完成各自模块数据的读写操作。这样，对各信号的控制和干扰调制都可以是最佳的。K个存储模块中的数据各不同，不进行数据刷新，当识别出接收到已存储信号时，不再进行写操作，只需读操作。

对K个信号进行干扰调制后的数据输出进入数据合成单元。在该单元中，K个模块的I、Q调制数据经过矢量相加后合为单一模块的正交调制数据。合成后的数据经过DAC转换为模拟干扰信号。在数据合成时，考虑到数据溢出的情况，需要对合成数据的字长进行扩展，以免丢失数据信息。扩展后，信号信息得以保存，但此时字长可能会大于后续DAC的位数。这时，就要对扩展的数据再进行数据压缩，压缩到可以满足DAC要求的位数。为了避免这些问题，可以考虑先让数据进入DAC转换成模拟信号，再经过合成器合成。这样做的缺点在于要用到多个DAC器件，成本较高。

基带干扰信号经上变频后，转换为射频干扰信号由发射单元转发出去。转发后的干扰信号可以同时干扰K个信号辐射源。

该方案的优点是可以针对特定的一种或多种信号辐射源进行干扰，并且对每种信号都可以做到特定的最佳的干扰效果。

3 干扰仿真分析

线性调频脉冲和巴克码脉冲相继先后到达干扰系统的接收端，线性调频脉冲先到达，对其进行识别后进入对应的编号为D1的存储通道;接着巴克码脉冲到达，对其识别后进入对应编号为D2的通道。在D1通道中，对线性调频信号进行特定的延时干扰;由于巴克码对多普勒频率敏感，因此在D2通道中，对巴克码信号进行移频干扰。进行干扰后的信号样本如图5所示。其中，脉冲重复周期T=130 μs，采样频率fs=100 MHz，线性调频信号的脉冲宽度τ1=20 μs，带宽B=10 MHz，载频f1=20 MHz，延时量td=25 μs;巴克码信号的脉冲宽度τ2=25 μs，载频f2=30 MHz，码长为13，移频量fd=150 kHz，干信比JSR=0 dB。

图5 干扰信号样本

如图5所示，线性调频信号进行延时干扰后的样本与巴克码信号移频干扰后的样本有重叠部分，干扰数据进入数据合成单元后会产生线性调频和巴克码的合成干扰数据。该合成干扰数据经线性调频匹配滤波后的仿真结果如图6所示。

图6 线性调频信号的延时干扰

图6中，线性调频干扰信号造成的假目标滞后真实目标25 μs，由于延时干扰信号的功率放大了3倍，接收机接收到假目标的幅度超过了真实目标，这样很容易被接收机误认是目标信号，从而达到迷惑对方视线的目的，对线性调频信号达到干扰效果。而巴克码干扰信号被线性调频的匹配滤波器过滤掉，并不形成假目标干扰，不影响接收机对线性调频信号的识别和处理。合成数据经过巴克码匹配滤波后的仿真图如7所示。