基于SMSP和C&I方式的假目标干扰效果研究

李 聪,常 梅,徐洪青

(1.上海机电工程研究所，上海 201109; 2.上海航天技术研究院，上海 201109)



基于SMSP和C&I方式的假目标干扰效果研究

李 聪1,常 梅1,徐洪青2

(1.上海机电工程研究所，上海 201109; 2.上海航天技术研究院，上海 201109)

SMSP和C&I是美国科学家提出的两种新型假目标干扰产生方式，其主要是对DRFM技术截获的雷达信号进行抽取、复制、组合，生成干扰信号，可在雷达接收端形成密集假目标干扰，并具有一定的移频和压制效果。建立了两种假目标干扰的数学模型，通过研究脉压后的干扰波形，分析子脉冲数目、时隙等因素对干扰效果的影响。

SMSP；C&I；子脉冲数目；时隙

0 引言

数字射频存储(DRFM)技术的快速发展，衍生出了多种基于DRFM体制产生假目标干扰的方法。DRFM体制的干扰机，是通过截获雷达发射信号，将其经过一系列变换后产生假目标干扰。这种干扰与雷达信号相关性高，雷达处理后干扰功率损失小，并且变化多样，从而具有良好的欺骗效果。

Smeared Spectrum(SMSP)和Chopping and Interleaving(C&I)干扰[1]是美国科学家提出的一种新型距离多假目标干扰，国内主要对两种干扰的识别方法[2-3]进行了研究。本文对SMSP和C&I干扰的产生原理进行了分析，主要研究了SMSP和C&I干扰针对防空雷达的干扰效果，并仿真分析了影响干扰效果的因素。

1 干扰产生原理分析

1.1 SMSP干扰原理

SMSP干扰是将存储在DRFM中的雷达信号进行调制后产生的一排梳状的假目标干扰，可影响雷达对真实目标的检测，其原理框图如图1所示。

图1 SMSP方法产生干扰的原理框图

从图1中可以看出，SMSP干扰可以通过以下几个步骤产生：

1)干扰机接收欲干扰雷达的发射信号，脉宽为T，利用接收机本振将截获信号的中心频率变换到中频；

2)将时钟信号的时间t0经过m分时后得到采样时间t0/m，之后对变换到中频的信号进行AD采样；

3)将采样后的数据存储在DRFM中，在以t0为时间间隔进行移位寄存，等效于对DRFM存储的雷达信号进行以m为间隔的取样；

4)再将移位寄存器得到的数据传输到高速DAC中，高速DAC的时钟与采样时钟相同都为t0/m，那么DAC输出信号的脉宽就变成了T/m；

5)重复步骤3)、4)m次，就可以得到与雷达信号脉宽相同的干扰中频信号；

6)之后将产生的干扰信号、下变频时用的本振频率进行上变频，使得干扰信号与雷达信号的中心频率相同，最后通过发射天线向欲干扰雷达方向辐射。

通过SMSP干扰的产生过程可以看出，SMSP干扰相当于是由m个子脉冲组成，每个子脉冲都是对存储在DRFM中的雷达信号以t0为间隔进行取样而产生的，与雷达信号之间有很强的相干性，可产生多个假目标。

根据SMSP方法的产生过程，将其等效为如图2所示的示意图。

图2 SMSP方法产生干扰的原理示意图

1.2 C&I干扰原理

C&I干扰是美国科学家Sparrow发明的另一种新型距离多假目标干扰，其产生多假目标干扰的主要步骤为：

1) 干扰机接收雷达模拟信号，脉宽为T，通过混频将接收信号中心频率变换到中频，并进行AD采样；

2) 将数字化处理后的雷达信号存储到DRFM中；

3) 之后进入Chopping阶段，这一阶段是采用一个等间距的矩形脉冲串对DRFM中的信号再次进行采样；

4) 再然后进行Interleaving阶段，这一阶段就是将采样得到的信号进行复制，填充到相邻的空白时隙中，把空白时隙补充完整；

5) 将得到的干扰中频信号经过混频器上变频，使得干扰信号的中心频率变换到雷达信号的中心频率，最后通过发射天线向欲干扰雷达方向辐射。

C&I方法产生假目标干扰的原理框图如图3所示。

图3 C&I方法产生干扰的原理框图

经过以上5个步骤产生的假目标干扰，其每个部分都是对雷达信号截取复制产生的。C&I方法产生假目标干扰的等效示意图如图4所示。

图4 C&I方法产生干扰的原理示意图

2 干扰数学模型

2.1 SMSP干扰数学模型

假设雷达信号下变频到零中频线性调频信号，其表达式为：

x(t)=rect(t/τ)ejπ(f0t+bt2)

(1)

那么经过ADC采样、移位寄存、DAC后得到的1个子脉冲的表达式为：

J1(t)=rect(t/τ′)ejπb′t2

(2)

式中τ′=τ/m，b′=mb 。可以看出得到的子脉冲的带宽与雷达发射信号相同，而脉宽却变为原来的1/m，因此调频斜率变为原来的m倍。

之后将子脉冲复制转发m次后可得SMSP干扰，其表达式为：

(3)

形成的SMSP干扰的脉宽与雷达发射信号脉宽相同，由m个子脉冲组成，每个子脉冲都是通过对雷达发射信号以间隔m取样后产生的，所以与雷达信号具有很强相关性，可以对雷达形成干扰。

2.2 C&I干扰数学模型

假设雷达信号的表达式同式(1)。经过Chopping阶段得到的表达式为：

(4)

式中，Ta为抽取间隔，Ta=T/m；τs为每个抽取间隔的时隙数，τs=Ta/n=T/(mn)。

Interleaving阶段就是将Chopping阶段得到的脉冲串填充到抽取空隙中，等效为将脉冲串经过多级延迟后叠加，其表达式为：

(5)

则干扰信号中的第i个子脉冲中第j个间隙的表达式为：

(6)

从中可以看出，2个子脉冲之间信号波形是不同的，而在每个子脉冲中每个时隙中的信号波形是相同的。

3 干扰效果仿真

本文对SMSP和C&I方法产生的假目标干扰以及雷达信号处理过程进行了数学仿真[4-5]，仿真过程如图5所示。

图5 数学仿真过程示意图

3.1 SMSP干扰效果

假设干扰机对截获后存储在DRFM中的雷达信号进行m=5的间隔采样，截获的雷达信号和得到的干扰时域波形如图6所示。

图6 干扰机截获信号和干扰信号仿真结果

图7 雷达信号和干扰信号瞬时频率对比结果

从图7可以看出，SMSP方法得到的干扰的脉宽与雷达发射信号相同，当m=5时形成5个子脉冲，每个子脉冲都是对雷达信号的间隔采样。还可以看出雷达发射信号的频率跟时间呈线性关系，而SMSP干扰的频率却是个时间的周期函数，呈锯齿状，其5个子脉冲都形成一个新的线性调频信号，子脉冲的带宽和雷达信号的带宽相同为10MHz，脉宽却是雷达信号的1/5，所以其调频斜率变成雷达信号的5倍，这是SMSP假目标干扰的一个重要特征。

之后对目标回波和干扰信号进行了脉压处理、恒虚警处理以及点迹融合处理等，得到的仿真结果如图8所示。

图8 m=5时的脉压结果

从图8中可以看出，此时的干信比约为7dB，当目标距离雷达为40km时，在40.4～42.5km形成了15个梳状的假目标脉冲。干扰机是在截获完10μs的雷达信号后开始释放SMSP干扰的，干扰应滞后目标约1.5km，图中可以看出在滞后目标0.4km后就产生SMSP干扰，所以SMSP具有一定的移频作用，干扰覆盖范围广。并且SMSP产生的梳状密集假目标干扰使得恒虚警处理门限抬高，雷达信号处理后得到的目标数为0，起到了压制作用。

从图9可以看出，当m=7时的干信比约为5dB，SMSP方法形成的假目标脉冲个数约为11个，覆盖范围为40.3～42.6km。对比m=5的情况，假目标脉冲数目减少，脉宽变宽，干扰能量降低，覆盖范围基本不变，对雷达形成干扰的效果都是压制效果。

图9 m=7时的脉压结果

因此改变m会影响SMSP产生假目标干扰的个数和脉压后干扰能量，但对干扰覆盖范围影响不大，所以产生的假目标都是压制效果，一般m取4～10。

3.2 C&I干扰效果

假设C&I方法将雷达信号分成5个子脉冲，每个子脉冲由4个时隙窄脉冲组成，其干扰时域波形和瞬时频率如图10所示。

图10 干扰时域波形和瞬时频率

从图10(a)可以看出，干扰信号脉宽与雷达信号脉宽相同，但干扰信号由5个子脉冲组成，每个子脉冲有由4个时隙的信号组成，4个时隙信号都相同，都是对截获到的雷达信号进行抽取而得到的。

从图10(b)可以看出，每个子脉冲中的信号频率是不同的，越接近脉冲后沿频率越大。整个干扰信号的频率呈阶梯状上升，每个子脉冲的频率为1级阶梯，每级阶梯中4个时隙的信号频率呈锯齿状分布。干扰信号的带宽变窄，频率不连续，但每个时隙的信号都是由雷达信号抽取得到的，所以每个时隙的频率都是线性的。

从图11可以看出，C&I方法产生的干扰在经过雷达接收机脉压处理后，干信比约为14dB，在10.4～13km的地方形成了多个假目标，干扰的幅度中间高两边低。干扰机是在截获完整个雷达信号脉冲后10μs后开始释放干扰，干扰应滞后目标约1.5km，但在目标后0.6km处就产生假目标干扰，所以这里可以看出C&I干扰和SMSP干扰都具有一定的移频效果。由于C&I干扰的作用，目标处的恒虚警处理门限被抬高，经过雷达信号处理后得到2个假目标，真实目标位置难以判断。

图11 雷达信号处理结果

C&I方法产生假目标具有移频效果是由于干扰在Chopping阶段引入了矩形脉冲串窗口，对截获的雷达信号进行抽取。将矩形脉冲经过傅里叶级数展开，可得干扰信号表达式为：

(7)

那么J1(t)信号通过匹配滤波器的结果为：

(8)

式(8)中第一项称为主假目标，其脉压后脉宽与雷达发射的真实信号脉冲完全相同，但幅度为真实信号的1/n；后面的多项由于受到了cos(2πrmt/T)的调制，使得ys(t)被搬移到了矩形脉冲串的各次谐波±mr/T处，为对称的次假目标。

因此C&I方法形成的假目标干扰是以主假目标为中心对称的一串假目标干扰，次假目标干扰的幅度为：

2sin(πr/n)/(πr)

(9)

可以看出次假目标幅度比主假目标幅度小，并且次假目标幅度为近似为sinc函数分布，时隙数越少sinc函数的主瓣宽度就越窄。

从图12可以看出，当子脉冲个数都为5个时，改变每个子脉冲内的时隙数，当时隙数为2时假目标干扰幅度大，干信比为17dB，比时隙数为3时的干信比大5dB，并且时隙数为2时次假目标干扰幅度下降较快，假目标幅度变化与理论推导相符。还可以看出当时隙数变化时，主假目标和次假目标干扰的位置基本没有变化。

图12 不同时隙数的仿真结果

对比图12和图13可以看出，时隙数为5的情况下，子脉冲个数从4增加到8时，干信比都约为10dB，形成假目标幅度大小相近。但是子脉冲个数为8时，出现了由多个假目标脉冲合成了的脉宽较大的脉冲。这是由于各假目标之间的间距为m/B，当T/m>2/B时，连续两个假目标之间是独立的，否则会出现混叠的现象，形成脉宽较大的假目标干扰，所以在子脉冲个数m为8时候出现了混叠现象。

图13 不同子脉冲个数的仿真结果

4 结束语

本文通过理论推导和数学仿真等方式对SMSP和C&I两种假目标干扰产生方法进行了研究，给出不同方式产生假目标的干扰效果，并分析了影响干扰效果的参数设置。SMSP方法能够形成一排梳状假目标干扰，具有一定的移频效果，干扰与目标的距离较近，可起到压制的作用，且干扰效果受到子脉冲数的影响。C&I方法能够产生密集假目标干扰，其效果受到子脉冲个数和时隙的影响。■

[1] Sparrow MJ, Cakilo J. ECM techniques to counter pulse compression radar：United States, 7081846[P] .2006-07-25.

[2] 李永平,卢刚,田晓,等. 基于模糊函数的SMSP和C&I干扰识别算法[J]. 航空兵器,2011(4)：51-54.

[3] 李永平,唐斌，等.基于分段解线条的SMSP干扰抑制方法[J]. 电子信息对抗技术,2012(1):41-45.

[4] 刘义和，周颖，申绪涧，等．密集有源多假目标的压制干扰效果分析与仿真[J] .航天电子对抗，2006，22(5):58-61．

[5] 孙闽红.有源雷达干扰识别与抑制技术研究[D].成都:电子科技大学,2010.

The result of false target jamming generated by SMSP and C&I

Li Cong1, Chang Mei1, Xu Hongqing2

(1.Shanghai Institute of Electro-mechanical Engineering, Shanghai 201109, China;2. Shanghai Academy of Spaceflight Technology, Shanghai 201109, China)

SMSP and C&I are two new types of false target jamming proposed by American scientists. In these two ways, the intercepted radar signal is extracted and copied, and then combined into jamming signal. It can form dense false target jamming in the radar receiver, which has the effect of frequency shift and suppression. The mathematical models of two kinds of false target jamming are established. The interference waveform after pulse pressure is studied to analyze the influence of sub-pulse numbers and time slot to the jamming effect.

SMSP；C&I；sub-pulse numbers; time slot

2016-05-21；2016-10-03修回。

李聪(1991-)，男，助理工程师，硕士，主要研究方向为电子对抗总体技术。

TN972+<.31 class="emphasis_bold">.31 文献标识码：A.31

A