多假目标对雷达导引头干扰效果分析与仿真

2015-04-20辛增献

制导与引信 2015年2期

辛增献，陈煦，邓春，胡安

（上海无线电设备研究所，上海200090）

0 概述

现代战争中，敌我双方通过施放各种压制式或欺骗式干扰，以达到减弱对方雷达探测能力的目的。随着数字储频（DRFM）技术的应用，欺骗式有源干扰越来越逼真，应用越来越广泛，多假目标有源干扰是常见的欺骗式干扰方式，干扰机通过对得到的雷达信号进行复制、调制、延时等处理后转发，在距离维和速度维上形成多个虚假目标，影响雷达对真实目标检测。根据雷达信号形式，可采用不同的干扰方式，以获得最佳的干扰效果［1］。例如：对脉宽较宽的雷达信号，采用截取转发的方式；对于脉宽较窄的雷达信号，采用复制转发或复制叠加转发的方式。本文介绍几种常见的多假目标干扰产生方式，并分别对不同雷达信号形式的干扰效果进行分析和仿真。

1 多假目标干扰产生机理和工作方式

数字储频技术可以实现对雷达信号的采集存储和复制转发能够完全复现雷达信号形式，因此数字储频技术在干扰系统中得到广泛的应用［2］。数字储频式干扰机的原理框图如图1所示。

图1 数字储频式干扰机原理框图

图1中，干扰机接收雷达导引头照射信号，进行下变频处理和模数转换（A／D）后，形成数字中频信号并存储到大容量存储器，控制器对数字信号进行复制、延时等处理，然后进行数模转换形成模拟中频信号，对模拟中频信号进行调制处理后，经过上变频形成射频信号，通过发射天线辐射到空间，形成了距离和速度维上的多假目标干扰。

以线性调频信号形式为例，介绍数字储频技术如何生成多假目标信号。

干扰机接收天线接收到的单个脉冲的信号可表示为

经过下变频处理后得到中频信号：

式中：f0为信号频率；f1为中频频率；k为脉内调制斜率。

中频信号经过模数转换后形成数字信号，并存储到大容量存储器中。控制器按照一定延时τ读取数字信号，并通过数模转换器形成中频模拟信号，对中频信号进行频率调制后，通过上变频器形成射频信号：

可见干优信号和接收信号完全相参，两者存在一定的时间延时和频率偏差，在不同的速度维和距离单元形成了虚假信号。在控制器作用下，多次读取并转发就形成了多个虚假目标信号。

由于干扰机尺寸有限，收发天线之间的通道隔离成为制约收发同步的主要问题，因此干扰机通常采用收发分时的工作模式。本文针对收发分时多假目标干扰进行论述。

为了真实的复现雷达导引头信号，必须完成一个整脉冲的采集、存储、复制和转发工作，这种工作方式，对于窄脉冲雷达导引头信号而言比较有效，但对于宽脉冲信号而言，复制转发需要较长的时间，实时性较差。因此针对不同的雷达导引头信号形式，干扰机采用不同的工作方式，产生多假目标干扰，以达到最优的干扰效果，常见的干扰机工作方式分别为复制存储转发方式、复制存储叠加转发方式和截取转发方式。

（1）复制存储转发方式

复制存储转发方式工作示意图如图2所示。

图2 复制转发干扰示意图

干扰机收到一个完整的雷达导引头信号脉冲后，开始复制转发，第一个脉冲转发完成后，开始转发第二个脉冲，依次类推形成多个假目标干扰。若雷达导引头信号为窄脉冲信号，则容易形成多假目标干扰，若雷达导引头信号为宽脉冲信号，则干扰效果不佳。

（2）复制存储叠加转发方式

复制存储叠加转发工作方式示意图如图3所示，示意图只是对叠加方式的时序关系进行了描述，叠加引起的幅度起伏没有涉及。

图3 复制存储叠加转发干扰示意图

干扰机对得到雷达导引头信号在时域上进行延时复制叠加，延时要小于雷达导引头信号脉冲宽度。叠加转发可以形成更为密集的多假目标干扰，但由于干扰机的发射功率所限，每一个假目标的功率将会降低。

（3）截取转发方式

截取转发方式工作示意图如图4所示。

图4 截取转发干扰示意图

干扰机截取脉冲信号的一部分进行连续转发，形成多假目标干扰。由于只是截取了脉冲的一部分，很难形成相参干扰。

图2～图4 中，复制存储转发工作方式产生的假目标干扰相对真实目标有一个完整信号脉冲的延时；复制存储叠加转发干扰方式相对真实目标有一个完整信号脉冲的延时，但假目标更为密集；截取转发干扰方式产生的多假目标干扰有一定的同步干扰效果，但不能复现真实目标信号。

不同的信号形式的处理方法不同，低重频脉冲信号形式的脉冲间隔时间较长，机动目标在间断时间引起的频率和相对距离的变化，使低重频信号很难实现脉间积累，因此低重频信号通常采用宽脉冲+脉内调制的信号形式，采取单脉冲信号处理方法；高重频和中重频脉冲信号的间断时间较短，目标机动引起的频率和相对距离变化不易跨越速度分辨单元和距离分辨单元，为了获得较高信噪比，中／高重频脉冲信号通常采用脉间积累信号处理方法［3］。

前面提到，不同的信号形式，干扰机需要采用不同的工作方式才能够获得最佳的干扰效果，下面分别对低重频脉冲导引头和中／高重频脉冲导引头的多假目标干扰效果进行分析和仿真［3］。

2 对低重频脉冲信号导引头干扰效果分析和仿真

以低重频线性调频脉冲信号为例，分析不同多假目标工作方式对雷达导引头信号检测的影响。单周期低重频线性调频脉冲信号由式（1）表示。

复制转发、复制叠加转发和截取复制转发三种工作方式产生的干扰模型形式分别如式（4）、式（5）和式（6）。

式（4）为复制转发工作方式产生的干扰表达式，其中N 为假目标个数；式（5）为复制叠加转发工作方式产生的干扰表达式，其中τ1为叠加周期，τ1＜τ；式（6）为截取复制转发工作方式产生的干扰表达式，τ2为截取的时间和转发周期。

低重频线性调频脉冲信号需要进行脉冲压缩处理以获得较高的距离分辨力，脉冲压缩可采用匹配滤波器实现。

信号的匹配滤波器的幅频特性是信号频谱的复共轭，对采集到的信号进行匹配滤波处理就可以得到脉冲压缩后的信号。

导引头对三种干扰产生方式形成的干扰，经过匹配滤波处理处理结果表示为式（7）、式（8）和式（9）

式（7）中复制转发干扰经过匹配滤波后形成多个sinc函数波形，信号波形与雷达信号经过匹配滤波后的波形相同，匹配滤波得到的增益改善也相同，只是相对目标信号有一定的时间延迟，最近的干扰脉冲的时间延时为τ，对应的距离为cτ／2。对于宽脉冲而言，相距较远干扰效果较差。

式（8）中复制叠加转发干扰形成的干扰经过匹配滤波器之后同样形成多个sinc函数波形，且干扰之间的间隔为τ1，相对复制转发要小，但第一个干扰相对目标迟后时间为τ，且由于多个干扰叠加发射，在发射机功率一定的情况下，每个干扰的功率将被平分，当N 个干扰信号同时存在时，每个干扰信号功率为发射功率的1／N。

式（9）中截取复制转发工作方式产生的干扰相对目标信号的时间延迟较小，落在导引头距离搜索范围内，形成假目标干扰，但截取转发会带来一定的匹配失配能量损失和波形展宽。

（1）截取复制转发式干扰仿真

低重频脉冲压缩信号形式：信号脉宽200μs，信号带宽2 MHz，截取脉宽10μs，转发周期10 μs。

图5中，截取复制转发形成的干扰相对真实目标信号时间延迟较小，接近同步干扰，经过雷达导引头脉冲压缩处理后相对真实目标的距离相差在3km 左右，影响低重频雷达导引头对真实目标的判断。

从脉冲压缩结果看，由于只是截取了目标信号的一部分，经过脉冲压缩后，假目标干扰的压缩增益是真实目标压缩增益的1／20。

图5 截取复制转发对低重频雷达信号干扰仿真

（2）复制存储转发式干扰仿真

低重频脉冲压缩信号形式：信号脉宽200μs，信号带宽2 MHz，转发间隔10μs，假目标个数5个。

图6中，复制存储转发干扰经过导引头脉冲压缩处理后，形成的多假目标干扰在距离上相对真实目标相差最小63km，对低重频雷达导引头不构成干扰。

（3）复制叠加转发式干扰仿真

低重频脉冲压缩信号形式：信号脉宽200μs，信号带宽2 MHz，叠加间隔10μs，假目标个数10个。

图7中，复制叠加转发能够在较小的距离范围内产生多个假目标，但和真实目标最小的距离相差63km，对低重频雷达导引头不构成干扰。

图6 复制存储转发对低重频雷达信号干扰仿真

从上面仿真结果来看，复制转发和复制叠加转发对宽脉冲单周期处理的雷达信号干扰效果有限，截取转发可以在较小的距离单元内产生多个虚假目标，对雷达导引头的目标检测造成干扰。

3 对中／高重频脉冲信号导引头干扰效果分析和仿真

中／高重频脉冲信号可以看成多个单周期脉冲信号的集合，中／高重频脉冲信号的脉冲宽度较窄，重复周期较短，通常采用脉间积累的方式进行相参处理，以获得高的信噪比。

中／高重频脉冲信号结合脉内调制，可以得到较高的距离分辨力，在对付机动目标时，通过时频二维检测方法，可以同时得到目标的速度和距离信息。中／高重频脉冲多普勒信号是脉冲雷达导引头最常见的信号形式。

图7 复制叠加转发对低重频雷达信号干扰仿真

以中重频脉内线性调频信号为例，介绍信号的处理过程。

中重频脉内线性调频信号可以表示为［4］

式中：repT［x（t）］为重复算子，表示以T 为周期将x（t）无穷重复；rect为脉冲调制函数；τ为回波延迟函数。

导引头对接收到的信号进行脉冲压缩，再按照距离门在脉冲间进行数据抽取，最后形成二维数组如式（11），数组的每一行表示某距离单元的数据，列代表不同的距离单元。

对每一距离单元（每一行）的数据进行FFT运算，可以得到表征速度和距离信息的二维数组如式（12）。

通过搜索二维数组的最大值，得到目标所在的行和列号，进而得到目标的速度和距离参数。

中／高重频雷达信号的子脉冲宽度较窄，干扰机容易得到完整子脉冲，经过复制转发和复制叠加转发可以在多个距离单元和速度单元产生多假目标干扰，由于导引头采用脉间数据抽取的方法，干扰信号会随机分布；而截取转发的工作方式产生的干扰信号，通过脉间信号抽取处理后，干扰信号分散到不同的距离单元，干扰效果有限。另外，由于中重频脉冲导引头进行速度信息的提取，干扰机产生的速度维欺骗将产生效果。

（1）复制转发式干扰仿真

中／高重频脉冲压缩信号形式：复制转发多假目标：脉冲宽度5μs，重复周期50μs，带宽2 MHz，假目标个数10个。

图8中，复制转发干扰在不同距离和速度单元产生多个虚假目标，影响了雷达导引头的目标检测。