对LFM雷达的间歇采样累加干扰研究*

吕亚昆,杨承志,李健伟,肖鹏

(空军航空大学，吉林 长春　130022)



对LFM雷达的间歇采样累加干扰研究*

吕亚昆,杨承志,李健伟,肖鹏

(空军航空大学，吉林 长春130022)

摘要：间歇采样转发干扰以及改进的重复转发间歇采样干扰是对线性调频雷达的有效干扰样式，但其形成的假目标幅度较小，能量损失较大。针对这些不足，提出了一种间歇采样累加干扰，该方法通过将数字储频后离散采样信号的幅值进行累加，在获得干扰幅度的同时实现信号的最大相干性。通过理论分析可知，信号脉内周期性变化会对干扰信号产生影响，因此又通过对累加信号幅度较低部分进行幅度倍乘和对间歇采样信号取绝对值后累加，得到2种改进方案：倍乘调整间歇采样累加干扰和绝对值间歇采样累加干扰。最后通过仿真实验，证明了间歇采样累加干扰是对线性调频雷达的一种有效干扰，能够产生较好的欺骗和覆盖干扰效果，并且假目标幅度较大，工程实现简单，节省功率。

关键词：线性调频；间歇采样；累加干扰；欺骗干扰

0引言

现代雷达体制普遍采用波形相干实现积累，对非相干干扰具有较强的抑制性。线性调频信号由于具有大时宽带宽积可以获得较好的相干处理增益和较远的探测距离以及较好的距离分辨力，因此在现代多种雷达体制中有着广泛应用。由于LFM(linear frequency modulation)信号采用匹配滤波(脉冲压缩)进行信号处理，大大抑制了非相干干扰信号的进入，使得传统的干扰样式干扰效果很差，因此对其干扰主要从相干干扰入手。

目前，对LFM信号的有效干扰方法主要集中在以DRFM(digital radio frequency memory)为基础的各种干扰样式，主要有移频干扰、转发干扰和灵巧式干扰。文献[1]分析了移频干扰，此类干扰主要是通过对雷达信号附加移频量实现干扰信号的超前或延后，但是移频量选取要适当，否则会由于干扰信号和匹配接收机失配严重而无法达到较好的干扰效果，并且形成的假目标容易被识别。文献[2-6]分析了间歇采样转发干扰以及改进的重复转发间歇采样干扰，此类干扰主要是解决对大时宽信号的干扰和天线分时复用的问题，通过间歇性存储、处理、转发部分信号以获得干扰匹配增益，虽然可以形成覆盖目标的多假目标，但是干扰信号幅度较小，假目标分布较均匀，所需干扰功率较大。文献[7-10]分析了灵巧式干扰方法，主要是将卷积调制与间歇采样相结合，能够实现一定的覆盖干扰效果，但需要事先存储噪声或者视频信号，而且需要适当选择间歇采样时间和卷积信号长度，否则影响干扰信号的发射。文献[11]和文献[12]还分别提出了部分脉冲截取和全脉冲分段转发干扰，但干扰效果一般，前者失配严重功率损失较大，后者需要对整个脉冲进行存储且形成的假目标幅度较小，假目标间距一样容易被识别。

基于以上分析，本文提出了一种间歇采样累加干扰方法。该方法可以充分利用间歇采样和数字储频的优点，在获得信号的脉内信息时，通过将信号每一个采样点的幅度相加，以到达干扰信号与雷达信号相干，并获得幅度优势。在简要分析间歇采样干扰原理基础上，给出了本文提出的间歇采样累加干扰方法的具体理论分析以及仿真验证。

1间歇采样转发干扰概述

间歇采样转发干扰[2-5]是指干扰机对截获的大时宽雷达信号高保真地采样其中的一小段，再进行处理调制转发，然后再采样、处理转发下一段，采样与转发分时交替工作直到雷达脉冲信号结束。这种干扰技术立足于干扰机天线收发分时体制，可以形成假目标欺骗干扰效果，其工作时序如图1所示，间歇采样转发干扰信号示意如图2所示。

图1　间歇采样直接转发基本原理Fig.1　Fundamentals of interrupted sampling and　　　direct repeater jamming

图2　间歇采样直接转发干扰信号图Fig.2　Jamming signal figure of interrupted sampling　　　 and direct repeater jamming

(1)

设LFM雷达信号为s(t)，脉冲宽度T，则间歇采样干扰信号ss(t)为

(2)

(3)

若H(f)表示LFM脉冲压缩雷达匹配滤波器频率响应，Y(f)表示雷达信号输出y(t)的频率响应，Ys(f)表示干扰信号ys(t)输出的频率响应，则:

(4)

对式(4)进行反变换得

(5)

另外由线性系统理论可知：间歇采样信号的频谱是每段信号频谱的叠加，干扰信号通过匹配滤波器的响应是每段信号通过匹配滤波器响应叠加之和，通过仿真可以证明。

图3　间歇采样干扰信号时域波形及频谱Fig.3　Time-domain waveform and spectrum of　　　Interrupted sampling jamming

重复转发干扰时域波形和频谱如图5所示，信号经过匹配滤波后的响应如图6所示。间歇采样周期Ts=10 μs,间歇采样脉宽τ=2.5 μs。

图4　间歇采样干扰经过匹配滤波器结果Fig.4　Results after interrupted sampling jamming　　　through the matched filter

图5　重复转发间歇采样信号时域波形及其频谱Fig.5　Time-domain waveform and spectrum of reduplicate　　　 repeater interrupted sampling jamming

图6　重复转发间歇采样干扰经过匹配滤波器结果Fig.6　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　jamming through the matched filter

2间歇采样累加干扰方法

间歇采样累加干扰的基本原理是在间歇采样转发干扰对信号进行模数转换后增加累加处理器，然后将干扰信号进行转发。对复信号进行累加处理，能够充分利用信号的脉内相干性获得前一点的信号幅度和相位，相当于将原始信号从采样起始时刻到当前时刻进行采样点延时并求和叠加。实现框图如图7所示。下面简要分析间歇采样累加干扰的信号特征和干扰的效果。

2.1干扰信号特征

(6)

(7)

(8)

图8给出了对LFM信号分4段的间歇采样累加干扰信号的时域波形和对应频谱(仿真参数同以上)。由图可以看出，采样累加干扰频谱与理论分析一致，对干扰信号影响最大的是信号低频段并且累加幅度和频谱幅度较大， 将对目标检测产生主要

图7　间歇采样累加干扰实现系统框图Fig.7　System diagram of interrupted sampling cumulative jamming

影响。另外还可以从图8b),c),d)看出，由于信号的脉内正弦信号的正负值抵消影响了一部分干扰信号的幅度，所以可以采取2种方法进行改进(篇幅所限，不给出具体分析)：①对信号从第2段间歇采样开始进行倍乘使每段信号幅值接近，最大程度地保留信号的相关性；②对信号取绝对值进行累加，但该方法会对信号的脉内信息产生一定影响。

2.2干扰效果分析

(9)

设干扰通过匹配滤波器后的频率响应为Ylj(f)，则

(10)

式中:Ylji(f)为第i段信号经过匹配滤波器的频率响应。

由式(8)和式(10)得

(11)

再由积分信号的傅里叶变换可知，对式(11)进行反变换有

(12)

即累加干扰通过匹配滤波器后是对原间歇采样信号通过匹配滤波后在对应区间上的积分，所以

ylj(t)=ylj1(t)+ylj2(t)+ylj3(t)+ylj4(t)=

∫yj1(t)dt+∫yj2(t) dt+∫yj3(t)dt+∫yj4(t)dt.

(13)

再结合式(6)，(7)可知，离散化后即对原来信号经过匹配滤波器后的响应在相应时间段内进行求和。

由以上分析可以看出，间歇采样累加干扰将会获得更好的覆盖优势，并且实现简单，节省功率，对其进行重复转发将会实现更好的覆盖干扰和假目标欺骗干扰效果。

3仿真分析与效果对比

图8　间歇采样累加干扰信号及其频谱Fig.8　Time-domain waveform and spectrum of interrupted sampling cumulative jamming

(1) 仿真1：间歇采样累加干扰

图9　间歇采样累加干扰经过匹配滤波器结果Fig.9　Results after interrupted sampling cumulative　　　jamming through the matched filter

(2) 仿真2：重复转发间歇采样累加干扰

间歇采样脉宽取τ=2.5 μs，重复转发次数取最大值3次。重复转发累加干扰信号的时域波形和频谱如图10所示，经过匹配滤波后的响应如图11所示。从图中可以看出，重复转发的干扰效果要比直接转发一次图9a)的效果好得多，并且干扰信号峰值幅度增大，与雷达信号幅度持平，干扰信号可以实现更宽的覆盖范围。

图10　重复转发间歇采样累加干扰信号时域波形和频谱Fig.10　Time-domain waveform and spectrum of　　　　reduplicate repeater interrupted sampling　　　 cumulative jamming

图11　重复转发间歇采样累加干扰经过匹配滤波器结果Fig.11　Results after reduplicate repeater interrupted sampling　　　cumulative jamming through the matched filter

(3) 仿真3：倍乘调整间歇采样累加干扰

间歇采样脉宽取τ=2.5 μs，倍乘调整数为5 。倍乘调整累加干扰信号的时域波形和频谱如图12所示，经过匹配滤波后的响应如图13所示。从图12频谱图可以看出，调整后干扰信号频率在原间歇采样信号频率段得到较好的聚集，并且幅度有较大的改善，将为干扰转发节省功率。从图13中可以看出，倍乘调整后的干扰效果要比直接转发和重复转发的干扰信号更集中，干扰信号峰值幅度与雷达信号幅度大(大2.5 dB)，效果提升明显。

图12　倍乘调整累加干扰信号幅度和频谱Fig.12　Time-domain waveform and spectrum of　　　　multiplier adjustment cumulative jamming

图13　倍乘调整累加干扰经过匹配滤波器结果Fig.13　Results after multiplier adjustment cumulative　　　 jamming through the matched filter

(4) 仿真4：绝对值间歇采样累加干扰

图14　绝对值累加干扰信号幅度和频谱Fig.14　Time-domain waveform and spectrum of　　　　absolute value cumulative jamming

图15　绝对值累加干扰经过匹配滤波器结果Fig.15　Results after absolute value cumulative　　　jamming through the matched filter

通过以上仿真实验分析可知，本文提出的间歇采样累加干扰效果较好，假目标能量较大覆盖范围较宽，并且工程实现简单，节省功率，为干扰机进行远距离欺骗干扰方法提供了思路。由于转发干扰会导致假目标的落后，因此本文提出的干扰还可以与移频干扰结合，以实现干扰信号的前移。

4结束语

本文在总结了对LFM雷达信号常用干扰方法基础上，重点分析了间歇采样转发干扰的原理和缺点。基于此，本文提出了间歇采样累加干扰，并给出了理论分析和仿真验证。但由于信号内部的周期性可能会使得信号部分正负抵消，因此本文又给出了2种改进的间歇采样累加干扰方法。仿真结果表明，间歇采样累加干扰及其改进方法干扰能量较大、覆盖范围较宽具有较好的干扰效果，并且工程实现简单，对干扰机实施远距欺骗干扰具有重要意义。

参考文献：

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

LIU Zhong. Jamming Technique for Countering LFM Pulse Compression Radar Based on Digital Radio Frequency Memory[D].Changsha: National University of Defense Tenhnology,2006.

[2]郭雷,李宏,李青山.相参雷达间歇采样灵巧干扰方法[J].现代防御技术,2013,41 (3):111-116.

GUO Lei, LI Hong, LI Qing-shan.Interrupted Sampling Smart Jamming Method for Coherent Radar[J]. Modern Defence Technology, 2013,41 (3):111-116.

[3]WANG Xue-song， LIU Jian-cheng， ZHANG Wen-ming, et al. Mathematic Principles of Interrupted-Sampling Repeater Jamming (ISRJ) [J]. Science in China:Series F，2007,50 (1):113-123.

[4]安涛,石远东,郑继刚.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[J].舰船电子对抗,2012,35(5):5-9.

AN Tao, SHI Yuan-dong, ZHENG Ji-gang. Study and Realization of Jamming Technology to Linear FM Pulse Compression Radar Based on Intermittent Sampling[J].Shipboard Electronic Countermeasure,2012,35(5):5-9.

[5]王雪松，刘建成，张文明，等.间歇采样转发干扰的数学原理[J].中国科学:E辑,2006, 36 (8) : 891-901.

WANG Xue-song, LIU Jian-cheng, ZHANG Wen-ming, et al. Analysis on Interrupted-Sampling and Repeater Jamming Based on Shift-Frequency[J].Science in China:Series E，2006,36 (8):891-901.

[6]孙智勇,唐宏,余定旺,等.基于DRFM的机载PD雷达干扰研究[J].现代防御技术,2012,40 (4):138-142.

SUN Zhi-yong, TANG Hong, YU Ding-Wang,et al.Interference on Airborne PD Radar Using DRFM-Based Technology[J] . Modern Defence Technology,2012,40 (4):138-142.

[7]冯德军, 王伟, 徐乐涛. 对V-调频信号的间歇采样转发干扰研究[J].雷达科学与技术,2013,11(2):209-213.

FEND De-jun, WANG Wei,XU Le-tao. Jamming V-FM Signal Using Interrupted-Sampling Repeater[J]. Radar Science and Technology,2013,11(2):209-213.

[8]朱宇,罗景青.基于卷积调制的间歇采样干扰技术研究[J]. 电子信息对抗技术，2013,28(3):41-45,69.

ZHU Yu, LUO Jing-qing.Sub-Sampling Jamming Based on Convolution Modulation[J]. Electronic Information Warfare Technology, 2013,28(3):41-45,69.

[9]朱红,张德平,王超,等.采用卷积调制与间歇采样的多假目标干扰方法[J].电子设计工程，2012,20(16):89-91,95.

ZHU Hong, ZHANG De-ping, WANG Chao, et al. Multi-False-Target Jamming Based on Convolution Modulation and Interrupted-Sampling [J]. Electronic Design Engineering，2012,20(16):89-91,95.

[10]邱杰,邱丽原. 灵巧噪声干扰本质及相关基本问题探讨[J].现代防御技术，2012,40(3) :132-136.

QIU Jie,QIU Li-yuan.Essential Signification of Smart Noise Jamming [J].Modern Defence Technology，2012,40(3) :132-136.

[11]郑光勇,李青山,陆洪涛,等.脉冲截取多假目标干扰仿真分析[J].火力与指挥控制，2012,37(3):139-141.

ZHENG Guang-yong, LI Qing-shan, LU Hong-tao, et al.The Simulation Research of the Multi-False-Targets Jamming by Part Copying Radar Pulse[J]. Fire Control & Command Control， 2012,37(3) :139-141.

[12]潘小义,王伟,冯德军,等.基于全脉冲分段转发的LFM雷达干扰方法[J].国防科技大学学报，2013,35(3):119-125.

PAN Xiao-yi, WANG Wei, FENG De-jun, et al. Repeat Jamming Against LFM Radars Based on Pulse Separation[J]. Journal of National University of Defense Technology，2013,35(3):119-125.☞探测跟踪技术

Interrupted Sampling on LFM Radar Cumulative Jamming Studies

LÜ Ya-kun, YANG Cheng-zhi, LI Jian-wei, XIAO Peng

(The Aviation University of Air Force, JIlin Changchun 130022, China)

Abstract:Interrupted sampling and repeater jamming and improved reduplicate repeater jamming is an effective jamming pattern against LFM (linear frequency modulation) radar. But its amplitude of the false targets is smaller and the energy loss is bigger. For these shortcomings, an interrupted sampling cumulative jamming is proposed. This method, by accumulating the amplitude of discrete sampling signal after DRFM(digital radio frequency memory), obtains the amplitude of the jamming signal and achieves maximum signal coherence. The theoretical analysis shows periodic changes of in-pulse signal affect jamming signals. Therefore, through multiplying the amplitude lower part of accumulative signal and accumulation of intermittent sampling signals after taking the absolute value, two improvement schemes are put forward: multiplier adjustment cumulative jamming and the absolute value intermittent sampling accumulative jamming. Finally, the simulation results show that interrupted sampling cumulative jamming is an effective cumulative jamming against LFM radar. This method can produce better deception and cover jamming effect and the larger amplitude of false targets. And the method has the advantages of simple project implementation and power saving.

Key words:linear frequency modulation(LFM); interrupted sampling; cumulative jamming; deception jamming

中图分类号：TN958;TN972

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-01-0100-08

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.017

通信地址：101416北京市怀柔区雁栖镇八一路装备学院研2队E-mail：lykc123@sina.com

作者简介：吕亚昆(1989-)，男，河北赞皇人。硕士生，研究方向为电子对抗。

收稿日期：2013-11-10；
修回日期：2013-12-26