对线性调频雷达的密集假目标干扰研究

黎明也，曹志华，朱宝增

(中国电子科技集团公司第51研究所，上海 201802)

0 引言

线性调频脉压雷达信号具有大时宽带宽积的特点，采用的相参脉冲压缩检测体制对传统的噪声干扰有良好的抑制效果，因此对线性调频雷达的干扰多采用基于数字射频储频(DRFM)的相参欺骗干扰方式。DRFM主要有全脉冲存储和示样存储两种方式［1］，全脉冲存储方式假目标虽然具有很好的相参性，但假目标与回波时延大，示样存储虽然具有较小的时延但相参性变差。文献［1］中给出的准数字示样脉冲方式兼有全脉冲方式和示样脉冲方式的优点，在解决假目标时延问题的同时还保证了干扰信号一定的相参性，为收发时分工作的干扰机提供了一种很好的方法，但在实际应用中，对采用电真空器件作为功率放大的干扰机而言，在脉内实现快速收发转换具有一定技术难度;而示样方式信号误差积累导致的相参性变差问题也难以解决，因此，全脉冲存储仍然是干扰机经常使用的一种方式。

全脉冲存储方式进行假目标干扰时，在收到一个完整的雷达脉冲后，如仅简单、连续地复制转发完整波形的雷达脉冲信号，产生的假目标间隔大，例如对脉宽为200 μs的线性调频脉冲雷达，假目标间隔至少为30 km，这样稀疏的假目标远达不到遮盖干扰的效果。例如对此特性的10 s扫周对空警戒雷达而言，若飞机以200 m/s速度朝向雷达飞行，在雷达屏幕上每圈将形成2 km左右间隔的点迹，因此假目标密集程度必须达到2 km以内才能起到对真目标的遮盖效果，从而妨碍雷达值守对真目标的观测并影响雷达对真目标自动建航。为实现密集假目标干扰，目前干扰机一般采用延时叠加法、卷积法或脉冲截取法产生多假目标。延时叠加法相参性好，但假目标滞后真目标至少一个脉宽时间，且假目标等间隔规律排列，容易暴露真实平台;后两种方法产生的假目标虽可更靠近真实平台，但由于干扰信号与压缩网络部分匹配，不能完全获得雷达的信号处理得益，压缩主峰展宽、功率会有较大损失。文献［2］分析了延时叠加法和卷积法产生密集假目标的实现特点，认为两种方法分别占用了大量存储资源和需进行大量乘法运算，提出了采用分段重构法产生密集假目标，但还存在收发分时体制下假目标滞后真目标太多及假目标等间隔排列问题。文献［3］对脉冲截取干扰的原理及其性能进行了分析，并定量分析了功率损失;文献［4］提出对雷达全脉冲信号进行均匀分段并重排转发的多假目标干扰方法，该方法可以产生不等间隔的多假目标，但分段多时，仍然存在功率损失大的问题。

根据延时叠加信号与压缩网络匹配性好，以及通过脉冲截取利用部分相参效应可以产生假目标的特点，提出了一种对脉冲截取叠加的方法用于产生密集假目标，并结合移频调制干扰技术实现对LFM雷达的遮盖性干扰。

1 密集假目标产生方法

1.1 截取叠加法

脉冲延迟叠加干扰可以看成是单个脉冲的延时干扰技术的拓展。脉冲延迟叠加的干扰产生过程，如图1所示。以3次叠加为例:接收到的雷达脉冲(可视为真实平台回波信号)等分为a、b、c三个片段［图1(a)］，在全脉冲存储收发时分工作时，希望产生3个假目标信号［图1(b～d)］，则干扰机发射的信号为3个假目标回波时域上的延时叠加，即图1(e)所示信号。延时叠加信号经过雷达脉压处理后，得到图1(f)假目标信号，假目标间隔τ/3，第1个假目标回波将滞后真实回波［图1(f)中虚线示］一个雷达脉宽时间τ。

图1 延迟叠加干扰信号的产生

由图1(e)中的信号数据可知，进行多目标延时叠加时，叠加信号的中间段数据是完全一致的(如图中的a+b+c)。考虑到雷达接收机压缩网络的频率～时延特性:对输入信号中不同频率分量的群延迟不同，具有对低频分量延时长，高频分量延时短的特性。因此，提出截取叠加法:将雷达脉冲截取等分为n个片段后，将n个片段数据叠加的方法。与延时叠加法相比较，截取叠加法实质仅使用了前者的中间段数据，使运算得以了简化。以截取3段为例(假目标间隔等同于图1示的3次叠加)，截取叠加法的干扰产生过程，如图2所示。为和图1(e)中转发时间保持一致，图2(b)中实际转发了5次(块)截取叠加信号。

图2 截取叠加干扰信号的产生

转发的每块数据组成相同，由截取的3个片段数据(a、b、c)叠加而成，其中每个片段均可看成是频率不同的子线性调频信号。第1个块的c信号通过压缩网络的时延短，将首先产生压缩输出;b信号时延后与第2块的c信号共同作用产生压缩输出;第1块的a信号时延最长，它与第2块的b信号及第3块的c信号产生压缩输出。后续过程依此类推，在转发信号结束后，由于第4块的a信号和第5块b信号的时延，压缩网络仍旧产生压缩输出，最后压缩输出的是第5块的a信号。

由上述分析可知，若将脉宽为τ的线性调频信号分成n段，并转发m次，转发时长为m×(τ/n)，假目标数量为m+n－1，第i个假目标相对真实目标回波时间延迟为

对比延时叠加方法，在同样的转发时间和目标间隔条件下，截取叠加法产生的假目标数量在转发开始和转发结束后各增加了n－1个，数量与分段数有关:分段数多时，目标数量增多，假目标更能靠近于真实目标回波。但这些增加的目标是以分别截取信号脉宽的1/n～(n－1)/n而获得的，信号功率有所下降。

1.2 移频调制干扰

线性调频脉压雷达的突出特点是对多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，原来的匹配滤波器仍能起到脉冲压缩的作用，但匹配滤波器的输出响应将出现与多普勒频移成正比的附加延时，使得雷达测量目标的距离与目标所在的真实距离存在一定的差异［5］。该特点也为对线性调频雷达进行移频干扰提供了思路。文献［5］对移频干扰位置关系进行了详细计算分析，指出利用对线性调频脉冲信号叠加频移的方法，可以实现压缩距离的前移或后移，前移或后移的距离由叠加的频移量决定，频移量大则距离移动大。对应的延迟时间Δt计算为

式中，B为线性调频信号带宽;τ为脉冲宽度;Δf为频移量。Δf为正值时(正频移)目标前移，Δf为负值时(负频移)目标后移;Δf越大，脉压性能变差，压缩主峰越不明显，较容易被识别，一般选择|Δf|＜B/2。

此外脉冲雷达工作时不可避免产生盲速现象，在目标多普勒速度 fd×Tr=k，k=1，2…时，fd对应的速度即为盲速(其中Tr为脉冲重复周期)，采用重频参差可以将盲速点增加到原盲速的数十倍甚至更高［4］。例如，对于可检测3马赫运动速度目标的10 cm雷达，其第一盲速点大于20 kHz，因此，应根据雷达工作性能或雷达参差周期估算雷达盲速频率，避免干扰机频移量落入雷达盲速点。

移频干扰可以很方便地采用DRFM来实现，首先DRFM存储截获的雷达中频信号，干扰时DRFM复制出信号，在上变频时通过对上变频本振调制一个额外的频移，从而产生了移频干扰信号。

采用截取叠加法产生的假目标仍为等间隔排列，这些规则性强的假目标对真实目标的遮盖效果差。因此采用移频调制(线性移频、三角波移频、随机移频、阶梯移频等)方法，动态改变假目标的位置，能对雷达起到更好的遮盖效果。

由图2假目标的产生机理可知，截取叠加法转发的前后块各子线性调频片段之间存在时间－频率的关联，破坏这种关联性将破坏叠加信号的相参性，例如，图2(b)中第1块的b信号与第2块的c信号叠加产生了假目标压缩输出，如果对第1块转发信号移频Δf1而第2块移频Δf2，由于移频量不等，叠加后的信号相参性变差，将影响叠加信号的匹配压缩。因此移频调制应与干扰机转发周期(不跨重周干扰时，略小于1个雷达重复周期)同步，为保证雷达对假目标的(非)相干积累，一般可在几个转发周期后改变一次频移特性使假目标位置发生变化，虽然假目标仍为等间隔，但在干扰扇面的不同角度上假目标群的偏移位置是不一致的，这样可以取得更好的遮盖效果。

移频虽然可以实现假目标距离的前移或后移，但从脉冲压缩的原理可知，全脉冲存储、收发分时的干扰机无法实现假目标超前真实目标回波(如图2示)。因此，截取叠加方式的最大频移量应限制在最多使假目标位置移动一个假目标间隔，如式(3)，即绝对移频量小于信号带宽除以对脉宽截取的段数。

2 功率分析

从信号叠加原理可知，叠加后的信号幅度值提高，将导致DRFM中DAC的饱和，考虑到实际DRFM系统中DAC有效位数一般多于A/D位数，为分析简便，可不考虑DAC饱和截位的情况。

叠加后的信号在经过发射机放大时，叠加信号可以看成是n个子线性调频信号的合成，根据功率合成原理，每个子线性调频信号功率为原始信号的1/n，即在计算干扰机干－信比时，计算的假目标功率应下降10log(1/n)。

根据1.1节的分析，截取叠加法进行匹配滤波时，可以视为截取信号不断地通过压缩网络，首先是截取的1段信号，然后是截取的2段信号合成，当所有截取段进入压缩网络时，即得到最大压缩输出。因此在所有截取段进入压缩网络前，均可以视为将完整脉冲分别截取为1/n、2/n、3/n…(n－1)/n信号(部分相参)的压缩响应。

对于截取、移频的干扰信号，文献［5］给出了详细的计算、仿真和结论，指出截取信号经过匹配滤波后幅度为全相参信号的Δτ/T(Δτ为截取时长，T为信号脉宽)，即通过匹配滤波后信号幅度与截取部分时域长度成正比;既移频又截取的干扰信号，脉压结果受移频和截取双重影响，功率损失由频移量、截取部分共同影响，当频移量与线性调频信号带宽的比值和截取丢掉部分与整个信号时长度比例相等时，移频与截取干扰功率损失一样。

全脉冲存储时，产生的假目标将滞后于真实目标。采用截取叠加法后，相对于延时叠加法形成的假目标可大为提前，研究中感兴趣的是这些时间提前的假目标(部分相参)功率与全相参目标功率的比值关系，对截取叠加法的前i个假目标干扰信号功率损耗L(不考虑发射机功率损失)为

式中，n为线性调频脉冲截取段的数量，i在1到n－1间取值。显然，转发结束后产生的假目标与前i个假目标是对称分布的，其功率损耗此处不再赘述。

3 仿真分析

设线性调频脉压信号参数为:脉宽200 μs、带宽2 MHz，按下述条件进行MatLab仿真。

1)将信号脉冲以延时间隔10 μs进行叠加20次(干扰转发时长390 μs)，延时叠加压缩波形如图3所示。由图3可见，共产生了20个目标，第一个假目标压缩位置在200 μs处(最大压缩信号功率归一化至0 dBm)。

图3 延时叠加压缩信号

2)将信号截取为20个片段(每个片段10 μs)，将20个片段相叠加，合成的时域波形如图4所示。

图4 截取叠加时域信号

3)将叠加合成的信号转发39次(时长390 μs)压缩输出的波形如图5所示，有效的第1个假目标压缩位置出现在20 μs处，但功率下降明显。

图5 截取叠加压缩信号

比较图3和图5，两种方法假目标间隔一致、转发时长一致时，在全相参时段(200 μs～390 μs)假目标最大功率基本一致;延时叠加法由于信号均为全相参匹配压缩，目标数少;而截取叠加法前后两端由于截取后部分相参匹配的效应，压缩的目标数明显增多，但功率也较全相参匹配段逐渐下降，失配严重时，无压缩峰值出现(如10 μs处位置)，在本仿真条件下，假目标最大与最小的功率差值达20 dB。

4)对截取叠加信号加入20 kHz频移，20 kHz频移信号与不加频移两种情形下第5个假目标的关系对比，如图6所示。可以看出加正频移后，产生的假目标时间前移了，时间关系符合式(2)的计算，但假目标功率也略有下降。

图6 截取叠加+20 kHz频移压缩信号

对截取叠加法中部分相参假目标功率损失，理论值和仿真值的对比，见表1。

表1 假目标功率理论与仿真值对比

表1结果表明，仿真结果非常接近理论值，理论分析与仿真结果实际是一致的。从仿真计算可知，截取叠加法对信号截取的片段越多，假目标间隔则越密，同时首、尾两端的假目标功率损失就越大，对干扰功率的要求也更高。在本仿真中，如干扰功率有12 dB余量，则可在50 μs处产生假目标，相比于延时叠加法在200 μs产生目标，提前了150 μs。

4 结语

借鉴部分相参信号的压缩效应，提出了截取叠加的密集假目标实现方法，相比延时叠加法，在功率余量足够的情况下，能产生位置更靠近于真实目标回波的假目标，有利于解决假目标滞后大的问题;相比于脉冲截取法，其产生的主要假目标为全匹配压缩，功率利用率好，压缩峰值不被展宽，避免了雷达对主峰展宽干扰信号的识别，但在信号截取片段多时，DRFM中DAC数据饱和、截位的影响限制了更密集假目标的实现。

对假目标移频调制的频移量取值也进行了分析，指出频移量应小于带宽除以对脉宽截取的段数;最后给出了部分相参的截取叠加及移频调制假目标功率损耗计算和仿真，所研究的结果为假目标参数设计和干扰机功率计算提供了依据。

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