导前与灵巧噪声组合干扰样式研究

邵微笑，游福初，王 森，李 亮

（中国航天科工集团第三研究院第303研究所，北京 100074）

0 引 言

现代新体制雷达普遍采用了抗干扰波形设计，使雷达在各种复杂杂波和人为噪声干扰的情况下仍然具有良好的检测、识别和跟踪目标的能力，因而，传统的干扰形式已经难以对付新体制雷达以及灵活多变的抗干扰措施，这给雷达干扰技术的研究提出了新课题。灵巧噪声干扰正是在这种情况下出现的新式干扰方式之一。灵巧干扰是在雷达信号基础上调制产生的，因而可以获得部分雷达接收机的匹配滤波增益，与传统干扰方式相比，在同样的干扰功率下可以达到更好的干扰效果。

然而经过仿真分析发现，灵巧噪声干扰虽然兼有欺骗干扰与压制干扰的特点，但是其产生的干扰信号都滞后于真实回波信号，若采用脉冲前沿跟踪，很容易被识别出。而针对脉冲压缩雷达，间歇采样干扰和移频干扰都可以产生导前的干扰效果。

文献［1］～［2］对灵巧干扰本质含义及相关问题进行了探讨；文献［3］对脉冲压缩雷达进行了灵巧噪声干扰研究；文献［4］对卷积调制灵巧噪声、数字多时延灵巧噪声和间歇采样转发干扰信号进行了系统的仿真分析和说明；文献［5］在基于线性调频脉压信号在时间和多普勒频率间存在强耦合的基础上，提出用移频干扰实现欺骗干扰的方法；文献［6］提出了间歇采样转发式干扰，并分析了此种方法对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果；文献［7］分析了相位编码雷达信号的特点，然后通过理论分析和仿真验证的方式研究部分复制干扰、移频干扰对其的干扰效果。

本文根据脉冲压缩体制雷达的信号处理特点，将灵巧干扰与导前干扰2种方法相结合，分析间歇采样灵巧干扰与移频灵巧干扰的原理以及作用机理，并进行Matlab仿真验证。由于雷达信号进入接收机直至调制的干扰信号输出需要一定的处理时间，导致干扰信号必定滞后于真实回波信号，典型的滞后时间为0.5～1μs，本文的仿真中设定为0.5μs。

1 2种脉冲压缩雷达信号的数学模型

（1）线性调频信号

式中：f0为载波频率；T为脉冲宽度；K＝B／T为信号的调频斜率；rect（t／T）为矩形函数；u（t）＝为信号的复包络。

线性调频信号具有以下特点：

（a）具有近似矩形的幅频特性；

（b）具有平方律的相位特性。

线性调频信号的频谱和脉压结果如图1所示。

图1 线性调频信号频谱与脉压输出

线性调频信号也称为Chirp信号，它的数学表达式为：

（2）相位编码信号

相位编码信号的复数表达式为：

式中：a（t）为矩形包络函数；φ（t）为相位调制函数；f0为载波频率。

相位编码信号是用一定的码字序列对载频信号相位进行调制而产生的。调制的编码序列一般为伪随机序列，并要求其自相关性好，距离旁瓣低。以二相编码为例，φ（t）只有0或π2个可能取值，用二进制序列表示为 ｛ck＝ejφ（k）＝＋1，－1｝，则N位码元的二相编码信号可写为：

二相编码信号具有以下特点：

（1）功率谱与码元的功率谱基本相同；

（2）带宽与子脉冲带宽相近。

相位编码信号中，伪随机序列——巴克码应用最为普遍，巴克码序列为 ｛＋1，＋1，＋1，＋1，＋1，－1，－1，＋1，＋1，－1，＋1，－1，＋1｝，主旁瓣比为22.2 dB。然而巴克码最长只有13位，长度太短，因此本文选用13×13组合巴克码来增加它的使用长度，频谱和匹配滤波结果如图2所示。

图2 13×13组合巴克码信号频谱与脉压输出

从图2（b）中可以看出，13×13组合巴克码信号的主旁瓣比也为22.2 d B。

2 导前干扰

（1）间歇采样干扰

间歇采样干扰就是干扰机在满足奈奎斯特采样定律的情况下，先接收并采样一段信号存储在数字射频存储器（DRFM）里，然后放大并转发，再接收采样，再转发，如此收发分时、采样和转发交替工作直至雷达脉冲信号结束，如图3所示。

假设采样信号p（t）是一个脉宽为τ、重复周期为Ts（重复频率为fs）的矩形包络脉冲串，包络脉冲p（t）为：对进入干扰设备接收机的雷达信号s（t）进行间歇采样，得到间歇采样干扰信号：

图3 脉压信号间歇采样干扰效果图

干扰信号经过雷达接收机的匹配滤波器h（t）后，得到输出信号：

由上式可得，干扰信号输出由两部分组成：其中第1项为主假目标，除一个幅度系数外，与目标回波具有完全相同的形式；第二部分是一个求和式，表明干扰信号出现了假目标群的效果，这是由于采样脉冲的各次谐波对原信号进行了调制，把雷达信号s（t）的频谱搬移到了p（t）的各次谐波处，且幅度与sin（πnf sτ）有关，当nf sτ为整数时，频谱幅度为0。

图3为对2种脉冲压缩信号进行间歇采样仿真的效果图，从中可以看出，若雷达信号为线性调频信号，利用线性调频信号频移和时延之间的强耦合性，经过脉冲压缩网络后，在时域上就会形成多个径向分布的不同幅度的假目标群，可达到导前效果，并且主假目标的幅度比真实目标小3 d B，其它假目标幅度快速衰减；而当雷达信号为二相编码信号时，与线性调频信号类似，在时域上产生一系列对称分布于真实目标前后的假目标群，且主假目标的幅值比真实目标回波小4.5 d B，导前假目标出现在20μs处，幅值比真实目标回波小12.6 dB，干扰功率集中在主假目标上。

（2）移频干扰

脉冲压缩信号的时延τ和频移f d存在着一定关系，如果雷达信号在频率上变化了Δf d，那么时间上就存在一个Δτ的变化量。因此，如果干扰机主动将截获到的雷达信号进行移频调制处理后再转发出去，当雷达接收机对接收到的回波信号进行脉冲压缩时，会在距离上产生一个窄脉冲，若进行多次移频调制，则可以产生多个窄脉冲，这样雷达接收机就无法判别真实信号的位置，进而达到迷惑干扰雷达系统，瘫痪雷达探测能力的目的。图4为对2种脉冲压缩信号进行移频干扰仿真的效果图。

图4 脉压信号移频干扰效果图

其中图4（a）为对线性调频信号进行移频干扰，设定了3个移频量，其中导前假目标1对应的移频量为＋1 MHz，导前假目标2对应的移频量为＋0.5 MHz，它们在时域上都出现于真实目标回波之前；最右边是移频量为－0.5 MHz的滞后假目标，出现在真实目标回波之后。3个假目标的幅度都比真实目标回波小，这是由于移频后的雷达回波信号与匹配滤波器不再完全匹配，所以导致脉压输出信号幅度减小，并且移频量的增加会减小干扰功率。

图4（b）为对二相编码信号进行移频干扰，脉压结果输出假目标群，分布在真实信号两侧。这是因为相位编码信号对多普勒频移较敏感，不存在时间与多普勒频率的强耦合性，其干扰效果表现为使脉压主瓣和旁瓣结构发生变化，分裂为2个甚至多个脉冲，从而影响距离分辨力。

3 灵巧噪声干扰

灵巧噪声干扰就是使用假目标脉冲和随机噪声组合的方法，既可利用欺骗干扰的特性使得干扰信号能够顺利进入敌方雷达，消除它对普通噪声干扰的处理增益，又比纯欺骗性干扰具有更好的干扰效果。本文选取噪声卷积调制的灵巧噪声干扰方式进行分析。

设雷达发射信号为s（t），高斯白噪声信号为n（t），进行卷积调制，得到输出灵巧噪声干扰信号为：

匹配滤波器的响应函数为s＊（－t），则干扰信号脉压后的输出为：

设jr（t）、s（t）、n（t）的频谱分别为Jr（ω）、S（ω）、N（ω），时域卷积对应频域的乘积运算，则干扰信号匹配滤波后的频谱函数为：

任一函数与点扩展函数卷积，都可获得脉冲压缩处理增益。因此，高斯白噪声n（t）卷积调制的干扰信号进入雷达接收机经过匹配滤波后，也可获得较大的处理增益，干扰利用率较高，可在时域上对脉冲压缩雷达实施噪声遮盖干扰。

从图5可以看出，对线性调频信号以及二相编码信号实施灵巧噪声干扰时，在匹配滤波后出现了压制干扰的特性，部分干扰信号的幅度已大于真实目标回波的幅度，并且干扰信号随机变化，无规律，不易被识别，能很好地遮盖住真实目标回波。缺点是由于干扰机处理需要一定的时间，导致干扰信号都出现在真实回波信号之后。

4 导前灵巧噪声干扰

通过第3节的分析，灵巧噪声干扰虽然产生了遮盖性干扰的效果，但是干扰信号只是出现在原信号时间点以后，在时域上是滞后的，若雷达采用脉冲前沿跟踪，就很容易被识别。因此，结合第2节中可产生导前效果的2种干扰方法，提出间歇采样灵巧噪声和移频灵巧噪声。

（1）间歇采样灵巧噪声干扰

设置对线性调频信号间歇采样频率为1.2 MHz，对二相编码信号的间歇采样周期为7.8μs，占空比都为0.5，如图6所示。

图5 线性调频信号灵巧噪声干扰脉压输出

图6 线性调频信号间歇采样灵巧噪声脉压输出

由图6可见，部分干扰信号已超前于真实目标信号，并且由高斯白噪声所产生的噪声压制效果也使得真实目标回波不能轻易被对方雷达识别出来。

综上所述，与单一的间歇采样或者灵巧噪声干扰相比，将发射的雷达信号先进行间歇采样，然后再与高斯白噪声信号进行卷积调制，所产生的导前加遮盖干扰的效果更能欺骗对方雷达。

（2）移频灵巧噪声干扰

将移频量都设置为＋1.5 MHz，其他参数设置同第2节，如图7所示。

图7 线性调频信号移频灵巧噪声干扰脉压输出

从图7可以看出，跟间歇采样灵巧噪声干扰效果类似，部分干扰信号也已经超前于真实目标信号，并且幅度各不相同，无规律，可以产生较好的欺骗导前压制的干扰效果。不同的是，由于相位编码信号对多普勒频移的敏感性，导前范围有限制，与子脉冲宽度及载波频率有关。

5 结束语

导前灵巧噪声干扰兼有欺骗干扰和噪声干扰的特性，既能对抗脉冲前沿跟踪技术，也能遮盖住真实目标回波，使敌方雷达难以发现，并且噪声卷积调制灵巧干扰具备很强的信号适应性和干扰灵活性，可根据雷达信号特点灵活选择调制方式，以获取雷达匹配滤波增益或实施高精度窄带瞄频阻塞。针对现今较为普遍应用的脉冲压缩雷达，导前灵巧噪声干扰可以对其产生有效的干扰，这也是电子对抗领域的热门研究方向，本文的分析结果可为自卫干扰机总体设计提供重要的理论依据。

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