基于间歇采样的线性调频脉冲压缩雷达干扰技术研究与实现

安 涛，石远东，郑继刚

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

脉冲压缩雷达采用宽脉冲发射来提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾［1］。

脉冲压缩雷达波形按调制规律不同可以分为线性调频脉冲压缩信号、非线性调频脉冲压缩信号、相位编码脉冲压缩信号和时间频率编码脉冲压缩信号等［2］，而线性调频（LFM）脉冲压缩信号是应用最为广泛的信号波形。一方面是因为LFM脉冲压缩信号是脉内相干的，其频率与时间之间的相关性使之具有大时宽带宽积，这不仅较好地解决了雷达作用距离与距离分辨力的矛盾，而且使与雷达发射波形不匹配的干扰信号不能得到相应的处理增益，大大提高了雷达的抗干扰能力；另一方面是因为LFM脉冲压缩信号具有良好的兼容性，可以与其它体制雷达（如脉冲多普勒雷达、相控阵雷达、合成孔径雷达等）兼容使用，例如以美国“爱国者”雷达和X波段雷达为代表的一类雷达都采用了LFM脉冲压缩波形［3］。

对LFM脉冲压缩雷达的干扰一直是电子战领域研究的热点和难点，近年来先后出现了卷积调制干扰、数字多时延干扰、间歇采样转发干扰等新型的灵巧噪声干扰样式［4］。其中间歇采样转发干扰不仅可以快速跟上雷达回波，而且实现了干扰机收发系统的全隔离，具有较好的干扰效果和工程实现性。

1 间歇采样转发干扰原理

LFM脉冲压缩雷达具有很高的压缩比，对其采用噪声压制干扰难以取得功率上的优势，干扰效果有限，因此对LFM脉冲压缩雷达的干扰主要采用基于数字射频存储器（DRFM）的相干干扰技术。移频干扰是对LFM脉冲压缩雷达进行干扰的主要手段，它利用LFM脉冲压缩雷达所具有的距离－多普勒耦合现象，在干扰机截获的雷达信号上调制1个频偏转发给原雷达，对雷达进行欺骗干扰。

但移频干扰在工程实现上有很多缺点，其一是移频量需要电子支援的支持，对电子战侦察系统高度依赖；其二是因为移频干扰需要干扰机工作在边收边发状态下，这就对干扰机收发天线的隔离度提出了很高的要求，而在一些诸如弹载干扰机等对体积要求比较高的设备中，这种高隔离度是无法实现的。

这就要求DRFM系统收发必须分时工作，而LFM脉冲压缩雷达的脉冲宽度很宽，例如“爱国者”雷达常用的脉冲宽度有60μs、100μs等，利用全脉冲存储转发干扰时，假目标在距离上落后真目标9km、15km，此时的干扰效果非常有限。前沿复制干扰虽然可以解决全脉冲存储转发干扰产生的假目标时间滞后太多的问题，但是干扰信号的相干性比较差，功率利用率不高，干扰效果也非常有限。

而间歇采样较好地解决了全脉冲存储转发干扰时假目标滞后太多和前沿复制干扰时相干性差的问题，同时也解决了收发天线隔离度不够的问题，甚至在一些干扰机中，收发天线可以共用，具有很好的工程应用价值。

干扰机在接收到LFM脉冲压缩雷达信号后，进行采样存储其中的一小段后，立即进行转发，转发完成后再采样存储下一段，采样存储和转发分时交替工作直到雷达信号结束。间歇采样转发干扰原理框图如图1所示。

由图1可以看出，间歇采样转发干扰信号可以表示为雷达信号和矩形脉冲信号的乘积。设矩形脉冲信号宽度为τ，重频周期为Ts，重复频率fs为Ts的倒数，则矩形脉冲信号p（t）为：

图1 间歇采样转发干扰原理框图

傅里叶级数展开p（t）：

设LFM脉冲压缩雷达信号为s（t），脉冲宽度为T，则干扰信号js（t）为：

若将LFM脉冲压缩雷达匹配滤波器用h（t）表示，则真目标回波信号通过脉冲压缩后的输出y（t）为：

干扰信号通过脉冲压缩后的输出j（t）为：

由式（5）可以看出，干扰信号的输出由两部分组成，式中第1项为主假目标，第2项为次假目标群，次假目标群是将真目标回波信号频谱搬移到p（t）的各次谐波处。无论是主假目标或次假目标群，通过脉冲压缩后的信号形式与真目标通过脉冲压缩后的信号形式相同，只是幅度上有改变而已，因此干扰信号可以起到很好的欺骗干扰效果。由于出现了假目标群，该干扰还兼具遮盖干扰的效果。

2 间歇采样转发干扰仿真分析

在接收天线和发射天线分开的干扰机中，为了保证干扰机具有高的隔离度，间歇采样脉宽τ最大为间歇采样重频周期的50%，即τ／Ts＝50%，τ／Ts也被称为间歇采样占空比。在接收天线和发射天线共用的干扰机中，由于开关需要反应时间，τ／Ts小于50%。因此选择τ／Ts为50%和25%分别进行仿真，通过对比干扰信号和雷达回波信号脉冲压缩后的幅度，对干扰效果进行分析。

雷达信号经过下变频后，由射频信号变为中频信号送DRFM进行间歇采样，设定中频线性调频信号中心频率f0＝400MHz，带宽B＝10MHz，脉宽T＝25μs，DRFM的采样率为1 000MHz。假设干扰机所在平台距离雷达11.25km，则回波信号脉冲压缩后出现在75μs处，此目标称之为真目标。取定τ分别为0.5μs和1μs，间歇采样占空比分别为50%和25%，干扰信号幅度与真目标回波幅度相等，经过匹配滤波器后幅度进行归一化处理，取真目标回波经过匹配滤波器后幅度为1。仿真结果如图2和图3所示。

图2 间歇采样占空比τ／Ts＝50%的干扰效果

在以上的仿真中，虚线为真目标，实线为假目标。干扰信号经过脉冲压缩后形成了逼真的假目标群，主假目标幅度为真目标幅度的τ／Ts倍，与式（5）的分析吻合。增大τ＝0.5μs时干扰信号的幅度为真目标回波幅度的5倍，仿真结果如图4所示，真目标已完全淹没在假目标群中。

通过以上仿真可以看出，间歇采样占空比τ／Ts较大时，主假目标幅度比较大，但次假目标群幅度下降比较快，干扰能量主要分布在主假目标和一次假目标上，因此有效利用的假目标数量比较少。间歇采样占空比τ／Ts较小时，形成了数量更多的假目标群，且假目标群幅度相差不大，干扰能量分布比较均匀，可用假目标数量较多，干扰效果更好。

由于干扰信号相对于真目标回波信号有宽度为τ的延时，因此主假目标的位置由采样宽度τ确定，即主假目标滞后真目标τ。假目标之间的间距与τ／Ts是否为50%相关，当τ／Ts不为50%时，假目标之间间距为：

当τ／Ts为50%时，主假目标与一次假目标的间距为Δt，但其它各次假目标之间的间距为2Δt。由图4可以看出，由于T和B固定，Ts越大，假目标之间的间距越小。

图4 干扰信号的幅度增大为真目标回波幅度5倍时的干扰效果

3 硬件实现及性能测试

数字储频是电子战有源干扰的核心部件。不论是在国外，还是在国内，几乎所有的干扰机都离不开数字储频。对输入模拟信号量化的方法主要有幅度取样法和相位取样法，分别称为幅度取样DRFM和相位取样DRFM［5］。幅度取样与相位取样相比具有采样率高、杂散抑制性好等特点，应用更为广泛。因此间歇采样转发干扰采用幅度取样DRFM系统，实现框图如图5所示。

图5 间歇采样转发干扰DRFM系统实现框图

收发系统包括收发共用天线、开关控制和功率放大模块等。默认状态下天线切换到下变频模块接收雷达信号，下变频模块把射频信号下变到中频信号，一路送门限检测模块，一路送DRFM模块；当门限检测模块检测到有雷达信号时，触发DRFM模块开始采样和存储；当达到存储宽度τ时，DRFM模块停止采样并把天线切换到上变频模块，同时开始转发存储的中频雷达信号片段；转发完毕后，天线切换到下变频模块，重复以上动作。

宽带DRFM模块是整个干扰系统的核心，硬件电路集成了高速数字信号处理器（DSP）、高速模数转换器（ADC）、高速数模转换器（DAC）和大规模现场可编程门阵列（FPGA）等数／模混合电路。在电路设计过程中，电磁兼容性必须充分考虑：

（1）板材选取。高速ADC、DAC模块时钟速度高达1GHz，数据速率也要达到0.5GHz，为了具有更好的信号完整性，DRFM模块没有采用普通的FR4印制板基材，而是采用介电常数比较小的高速ROGERS板材，同时精心设计叠层来满足布线层单端线50Ω、差分100Ω的阻抗要求。

（2）传输线的镜像层设计。共模电流是电磁干扰的主要源泉，在高速电路中，电流沿着阻抗最小的路径流动。为了减小共模电流，与传输线相邻的地层作为传输线的镜像层，为返回电流指定低阻抗的返回路径。为了使形成的闭合回路面积最小，严禁传输线跨越镜像层的沟槽地带。

（3）传输线的抗串扰设计。单端传输线使用3－W走线原则，即传输线间距至少是传输线宽度的3倍。差分对间的间距应大于2根差分传输线间距的2倍。

（4）传输线的等长设计。ADC和DAC的数据线和时钟线应尽量等长，且走向相同，不但保证了数据线之间的延时相同，而且保证了数据线的容值也相同，有利于数据的锁存和时序的调整。

（5）时钟信号和模拟信号设计。时钟信号输入采用单端输入差分输出时钟驱动电路，模拟信号利用变压器进行单端信号和差分信号之间的转换，同时进行阻抗变换。

（6）电源设计。模块内部电源通过磁珠与外部电源进行隔离，开关电源的电源、地和其它电源也要隔离，高速ADC和DAC的电源采用线性电源。高速器件的电源滤波电容必须就近放置，不但提供滤波作用，而且为高速器件提供稳定的电源容量。

通过以上措施，宽带DRFM具有很好的电磁兼容性，经过测试，1GHz、8位幅度采样的DRFM模块在50～450MHz频段内杂散抑制大于45dBc。分别取τ＝0.5μs，Ts＝2μs和τ＝1μs，Ts＝4μs进行中频信号间歇采样转发干扰的测试，测试干扰时序图和干扰频谱如图6和图7所示。在干扰时序图中，上面的通道为中频雷达信号，中心频率400MHz，带宽10MHz，脉宽25μs，下面的通道为中频干扰信号。

图6 ＝0.5μs，Ts＝2μs干扰时序图和干扰频谱图

图7 τ＝1μs，Ts＝4μs干扰时序图和干扰频谱图

4 结束语

本文讨论了间歇采样转发干扰的原理，对基于间歇采样的线性调频脉冲压缩雷达干扰进行了仿真和分析，仿真结果表明该干扰样式能快速跟上雷达回波，产生的假目标群与真目标回波相同，只是幅度有所减小，增大了干扰功率，具有较好的干扰效果。工程上以1GHz采样为例进行了性能测试，后续设计了2GHz和4GHz采样率的DRFM模块，取得了不错的性能指标。

［1］张明友，汪学刚.雷达系统［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［2］罗军辉，罗勇江，白义臣，庞娜.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用［M］.北京：械工业出版社，2005.

［3］刘忠.基于DRFM的线性调频脉冲压缩雷达干扰新技术［D］.长沙：国防科学技术大学，2006.

［4］陈秋东.灵巧噪声干扰的仿真研究［D］.南京：南京理工大学，2007.

［5］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.