相位编码雷达间歇采样转发干扰分析*1



相位编码雷达间歇采样转发干扰分析*1

张鹏程，王杰贵，房明星

(电子工程学院,安徽 合肥230037)

摘要：间歇采样转发干扰可形成逼真假目标串干扰效果。将该干扰思想用于相位编码体制雷达，介绍了相位编码信号脉冲压缩原理，在时域详细推导了回波信号和干扰信号的脉冲压缩输出形式，并理论分析了间歇采样转发干扰的干扰效果，相比在频域推导的结论，更加清晰地说明了相位编码信号间歇采样干扰效果；最后研究了间歇采样间隔、占空比、转发方式等因素对相位编码雷达干扰效果的影响。通过仿真实验验证了理论分析的正确性，该研究结果对于相位编码雷达形成单、多逼真假目标有着重要的理论指导意义。

关键词：相位编码；脉冲压缩；间歇采样；转发干扰；假目标

0引言

相位编码雷达通过使用伪随机序列对高频脉冲进行相位调制，很好地解决了探测距离和分辨力之间的矛盾，是一种低截获概率雷达[1-2]。回波信号通过脉冲压缩处理，对与雷达发射波形不匹配的干扰信号具有很强的抗干扰性能，在现代新体制高性能雷达中得到广泛应用[3]。针对相位编码雷达的干扰方法是雷达对抗领域的研究热点[4-5]。

间歇采样转发干扰是现代雷达对抗常用的相干干扰方式，可产生滞后的逼真假目标效果，主要采用数字射频存储器(digital radio frequency memory,DRFM)来实现。国内外针对线性调频脉冲压缩雷达的转发干扰研究较多，文献[6-8]研究了线性调频信号的直接转发干扰和重复转发干扰，取得了良好的干扰效果。而针对相位编码脉冲压缩雷达研究较少，文献[9]将间歇采样转发干扰应用于相位编码雷达，通过频域变换对干扰效果进行分析，分析表明间歇采样转发干扰可形成以主假目标为中心成辛格分布的相干假目标串[10]。然而文献[11-12]通过对相位编码雷达的间歇采样转发干扰仿真分析，均表明只能产生一个滞后的逼真假目标，可见通过频域变换所得结论并不能清晰说明间歇采样转发干扰对相位编码信号的干扰效果。本文从相位编码雷达脉冲压缩机理出发，在时域详细推导出回波信号和干扰信号经过脉冲压缩处理后的输出形式，在理论上解释了间歇采样转发干扰对相位编码雷达的干扰效果，并分析了直接转发和重复转发在不同的采样周期、占空比的情况下，假目标位置、幅度、间隔个数情况，通过仿真验证了分析结论的正确性。

1回波信号和干扰信号的脉冲压缩处理

1.1相位编码信号脉冲压缩机理

脉冲压缩技术是匹配滤波和相关接收的实际应用。相关器是相位编码脉冲压缩器的典型代表。其实现原理如图1所示。它亦是一个匹配滤波器，对接收到的相位编码信号起到压缩的作用。图1中下变频电路亦可采用正交双通道下变频电路，以克服回波初相不确知而引起的信噪比损失[13]。

图1　相关器脉冲压缩原理框图Fig.1　Prototype structure of pulse compression　　　correlator

图1中相关器输出为窄脉冲

(1)

式中：x(t)和x(t+τ)分别为雷达发射信号和回波信号；“*”代表卷积。

1.2回波信号脉压输出

相位编码雷达脉冲信号可表示为

x(t)=a(t)ejφ(t)ej2πf0t,0≤t≤T，

(2)

式中：φ(t)为相位调制函数，只有0或π 2个取值；T为脉宽。

信号的复包络函数为[1-2]

x(t)=A(t)φm,0≤t≤T，

(3)

式中：φm为第m个码元的编码值，取值为-1或1。

相位编码脉冲压缩雷达在进行脉冲压缩处理前，经过相参检波和低通滤波处理，滤波器输测出为信号的复包络，为简化模型，假设信号的复包络为矩形，即

(4)

式中：p为码元个数；τ0为码元宽度。

则二相编码的复包络可写成

(5)

令

(6)

则

x(t)=u(t)*v(t)，

(7)

代入式(1)，得脉冲压缩器输出为

x(t)*x*(-t)=[u(t)*u*(-t)]*[v(t)*v*(-t)]=

(8)

式中：Ru(t)，Rv(t)分别为u(t)，v(t)的自相关函数。

将式(6)分别代入Ru(t)，Rv(t)得

(9)

即有

(10)

n为整数，对于给定的t，n是唯一确定的，即有

(11)

式中:“⎣」”表示向下取整；“「⎤”表示向上取整。

同时有

(12)

对式(12)中m-k=n各项求和，令k=m+n，可得

(13)

根据自相关函数的对称性，可知式(13)同样适用当-(p-1)≤n≤0，即

(14)

将式(10)，(11)，(14)代入式(8)得

(15)

1.3间歇采样干扰信号脉压输出

间歇采样信号是一矩形脉冲抽样序列，如图2所示，p(t)可表示为

(16)

式中：rect(·)为矩形窗函数；τ为采样脉宽；Ts为采样周期；且有Ts≥2τ；δ(·)为冲击函数。

图2　间歇采样脉冲串Fig.2　Intermittent sampling pulse series

根据采样时长和相位编码信号码元宽度的关系，将采样信号分割成宽度为τ0的p个子脉冲，因此采样信号可表示为

(17)

式中：an为采样信号第n个子脉冲的幅度，取值为0或1。

针对采样脉宽、采样周期和码元宽度不同关系，分3种情况对an的取值进行讨论。

(1) 子脉冲完全处在采样时间内，an=1。

(2) 子脉冲完全处在间歇时间内，an=0。

(3) 子脉冲部分处在采样时间内，部分处在间歇时间内，此时，若子脉冲宽度的50%以上(包括50%)处在采样时间内，an=1；反之an=0。

间歇采样过程为

xs(t)=x(t)p(t).

(18)

将式(5),(17)代入式(18)得

(19)

干扰信号脉冲压缩处理后输出为

ys(t)=xs(t)*h(t).

(20)

由于xs(t)的形式和x(t)的形式相同，则由式(15)的计算过程可得

ys(t)=

(21)

对比式(15)和式(21)，可见间歇采样转发干扰效果为：间歇采样转发干扰使相位编码雷达产生一个滞后的逼真假目标，假目标的特性取决于ys(t)的后半部分，相当于对编码序列的自相关函数的加权相加。权值am中1的个数越多，信号的幅度越大，am中1的个数由采样占空比决定，故占空比越大，假目标幅度越大，当占空比为1时取得最大值。假目标滞后时间由τ决定，τ越小，则干扰信号被转发得越及时，假目标滞后时间就越短。

2不同转发形式下干扰效果分析

根据转发方式的不同，可将间歇采样转发干扰分为直接转发和重复转发样式。

间歇采样直接转发干扰是指截获到宽带信号后，高保真采样其中的一小段后马上进行调制并转发，然后再采样、再处理转发下一段，采样与转发分时交替工作直到采样结束。干扰机工作原理如图3所示，Ts为采样周期，τ为采样脉宽，且有Ts≥2τ。前面的分析均是基于间歇采样直接转发干扰进行的，它是间歇采样重复转发的基础。

图3　间歇采样直接转发干扰示意图Fig.3　Schematic diagram of intermittent sampling　　　 and direct repeater jamming

间歇采样重复转发干扰是指干扰机依次采样雷达的一段信号后，按照程序设定的次数重复读出并调制转发，直到雷达脉冲结束。干扰机工作过程如图4所示。图中“转发x-y”，x表示转发的信号是第几个采样，y表示该信号被转发的次数，如转发1-2表示第1个采样信号被第2次转发。

图4　间歇采样重复转发干扰示意图Fig.4　Schematic diagram of intermittent sampling　　　and periodic repeater jamming

ys(t)=

(22)

由于信号的重复转发，破坏了伪随机序列的均衡性，从而抬高了序列自相关函数的旁瓣，根据式(22)，在ti时刻，对应元素相同的码元至少有τ/τ0个，剩余码元与发射信号码元序列对应元素相同的个数与不同的个数之差记为Di，Di的大小不会超过发射信号编码序列自相关函数的最大旁瓣，互相关函数的真实极值为τ/τ0-Di。因此间歇采样重复转发干扰可生成滞后的等间隔假目标串，假目标幅度由占空比决定，且各目标幅度有一定起伏。在占空比一定时，各假目标之间的间隔由采样周期由Ts决定，Ts越小，假目标之间的间隔越小。

3仿真实验

仿真方法根据式(18)和图3,4生成干扰信号，相位编码雷达信号参数设置如下：载频f0=3 100 MHz，脉宽T-=51.1 μs，码元宽度τ0=0.1 μs，相位采用m序列编码，m序列采用9阶线性反馈移位寄存器生成，连接方式为[100001000]。为了便于分析，采样为整采整转，直接转发采样脉宽和采样周期的组合分别为：①τ=1 μs,Ts=4 μs；②τ=2 μs,Ts=4 μs；③τ=2 μs,Ts=8 μs；④τ=4 μs,Ts=8 μs。仿真结果如图5所示，其中图5a)，5b)，5c)，5d)分别为直接转发干扰仿真参数不同的实验结果。从图5可以看出间歇采样直接转发只能形成一个滞后的假目标，且采样占空比越大，假目标幅度越大，采样脉宽越宽，假目标滞后时间越长。可见，该仿真结果与理论分析是一致。

重复转发采样脉宽和采样周期的组合分别为：①τ=1 μs,Ts=3 μs；②τ=1 μs,Ts=4 μs；③τ=2 μs,Ts=6 μs，④τ=4 μs,Ts=8 μs。仿真结果如图6所示，其中图6a)，6b)，6c)，6d)为分别重复转发干扰仿真参数不同的实验结果。从图6可以看出，间歇采样重复转发干扰可形成滞后假目标串，假目标个数与转发次数相等，且占空比越大，可生成的假目标个数越少，假目标幅度越大，采样脉宽越宽，假目标之间间隔越大。且由于多次转发破坏了序列的均衡性，假目标幅度有所起伏，旁瓣被抬高。该仿真结果与理论分析完全一致。

无论是间歇采样直接转发干扰还是间歇采样重复转发干扰，为了能够形成有效干扰，假目标脉压幅度必须与真目标大小相当，通过加大干扰功率实现。根据仿真分析，生成的假目标幅度最小的为真目标的20%，若假目标幅度超过真目标幅度的80%为有效假目标，则干扰机转发功率需要比接收功率高12 dB，假目标幅度便于真目标可相比拟，若假目标幅度超过真目标幅度的60%为有效假目标，则干扰机转发功率需要比接收功率高9 dB。

4结束语

本文对相位编码脉冲压缩雷达的间歇采样转发干扰进行了研究，在时域详细推导出间歇采样转发干扰信号脉压后的输出形式，理论分析了间歇采样周期、占空比、转发方式等重要因素对干扰效果的影响，并通过仿真进行了分析验证。研究结果表明：相位编码编码脉冲压缩雷达的间歇采样转发干扰可形成逼真的单、多假目标欺骗干扰效果。间歇采样直接转发形成的单假目标滞后时间由采样脉宽决定，幅度由占空比决定。间歇采样重复转发干扰是在直接转发的基础上，多个间隔转发延时的采样序列的组合，假目标个数由转发次数决定，由于破坏了序列均衡性，假目标幅度有所起伏。在实际应用中，可根据技术、战术需要，合理选择参数，可达到更好的干扰效果。

图5　间歇采样直接转发干扰效果Fig.5　Effect of intermittent sampling and　　　direct repeater jamming

图6　间歇采样重复转发干扰效果Fig.6　Effect of intermittent sampling and　　　periodic repeater jamming

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Analysis of Intermittent-Sampling Repeater Jamming Against Phase-Coded Radar

ZHANG Peng-cheng， WANG Jie-gui， FANG Ming-xing

(Electronic Engineering Institute，Anhui Hefei 230037， China)

Abstract:Analysis of Intermittent-Sampling Repeater Jamming Against Phase-Coded RadarThe intermittent sampling repeater jamming can form the jamming effect of numerous lifelike coherent false targets. The technique of intermittent sampling repeater jamming is applied to the phase-coded radars. The principle of phase-coded signal pulse compression is expounded. The output of echo and jamming pulse compression in time field is derived in detail. Then, the jamming effect of intermittent sampling repeater is analyzed theoretically. The problem of that the effect of intermittent jamming repeater for phase-coded pulse cannot be explained clearly by the frequency field conclusion of intermittent jamming repeater is solved. Finally, the influences of the sampling period, duty ratio, and repeater mode on the jamming effect are analyzed. The analyses are verified by simulation. The research is of significance for producing one and multi lifelike false targets to phase-coded radar.

Key words:phase-coded；pulse compression；intermittent sampling；repeater jamming；false target

中图分类号：TN972

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-05-0192-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.05.031

通信地址：710106陕西省西安市长安区王曲街道光明路甲字5号E-mail：15755109092@139.com

作者简介：张鹏程(1990-)，男，陕西洛川人。硕士生，研究方向为雷达及雷达对抗理论与技术。

*收稿日期：2014-07-01；修回日期：2014-09-02