基于多普勒的欺骗干扰识别方法*

单　凉，张剑云，周青松

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)



·工程应用·

基于多普勒的欺骗干扰识别方法*

单凉，张剑云，周青松

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)

随着数字射频存储器的不断发展，欺骗干扰效果日益增强，距离-速度同步欺骗干扰难以被识别。分析了干扰机对多普勒信息调制时存在的问题，提出基于多普勒频率的欺骗干扰识别方法。当雷达多普勒检测脉冲个数小于干扰机多普勒调制脉冲个数分辨率时，能够对速度维的欺骗干扰进行有效识别。

多普勒；欺骗干扰；识别

0　引言

1　多普勒频率测量

根据多普勒效应，当雷达和空间目标存在相对运动时，接收到的信号频率会发生变化。

假设发射信号表示为：

(1)

式中，ωt为发射角频率，φ为初始相位，A为振幅。

接收到的目标回波信号为：

(2)

式中，tr=2R/c，其中R为目标和雷达间的距离，c为光速，k为回波的衰减系数。

若目标固定不动，则距离R为常数，目标回波与发射信号之间的相位差为：

(3)

当目标相对雷达匀速运动时，目标与雷达的距离R、时间t和相对径向运动速度vr的函数为：

老徐不老，今年32岁，留心到他这个人的特别之处，是因为看到了他的博客：“刚从新疆归，跑了27天长途，发现四个轮子上的凸凹都快磨平了，车是租来的，跑成这个样子肯定没法还，四个人凑了兜里所有的钱，给车换轮子。”

(4)

式中，R0为雷达发射信号时与目标间的初始距离；vr为目标相对雷达站的径向运动速度。雷达t时刻接收到的回波sr(t)是在t-tr时刻发射的，由于雷达与目标的相对运动速度vr相较于电磁波速度c可以忽略，故时延tr可近似写为：

(5)

回波信号与发射信号相比会产生高频相位差：

φd=-ωttr=-ω0(2/c)(R0-vrt)=-2π(2/λ)·(R0-vrt)

(6)

对应的频率差：

(7)

即为多普勒频率[9]。

现实中，多普勒频率远小于信号发射频率，如果直接测量频率将会难以分辨多普勒频率，所以对于脉冲多普勒雷达，需要通过其高频相位差精确检测多普勒频率。

脉冲工作时，相邻重复周期运动目标回波与基准电压之间的相位差是变化的，其变化量为：

(8)

式中，Δtr为相邻重复周期由于雷达和目标间距离的改变而引起两次信号延迟时间的差别。相邻重复周期延时时间的变化量Δtr=2ΔR/c=2vrTr/c是很小的数量，但是当反应到高频相位时，Δφ=ω0Δt就会产生很灵敏的反应。利用相邻重复周期回波信号与基准信号之间相位差的变化来检测运动目标回波，相位检波将高频的相位差转化为输出信号的幅度变化。

图1为脉冲雷达方框示意图，可以看出连续振荡器的输出以及接收回波作为接收机相位检波器的输入。

图1　脉冲雷达方框图

图2为各主要点的波形，相位检波器输入端所加连续的基准电压uk：uk=Uksin(ωtt+φ)，其频率和起始相位均与发射信号相同，回波信号ur：ur=Ursin(ωt(t-tr)+φ)。经检波器的输出信号为:u=KdUk(1+mcosφ′)=U0(1+mcosφ′)，式中U0为直流分量，为基准电压经检波后的输出，公式为检波后的信号分量，表示相位检波器输出的回波信号的包络。图3给出了相位检波器的输出波形图。

图2　各主要点波形图

图3　相位检波器的输出波形图

对于固定目标，相位差φd=ωttr=ωt(2R/c)是常数，合成矢量的幅度不变化，检波后隔去直流分量可得到一串等幅脉冲。对于运动目标，相位差随时间变化：

(9)

合成矢量为基准电压Uk及回波信号相加，经检波及隔去直流分量后得到脉冲信号的包络为：

U0mcosφ′=U0cos(2ωt/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ′)

(10)

回波脉冲的包络调制频率为多普勒频率。

2　多普勒调制存在的问题

对于早期的距离拖引干扰，干扰本身没有调制多普勒信息，将目标的距离数据对时间微分，估算出速度，与测量多普勒频率对应速度比较，当两者差值超过一定门限值时，就判定次信号为欺骗干扰信号[10]。随着距离-速度同步干扰的增多，以及DRFM的发展应用，虚假目标已经携带与自身虚假速度一致的多普勒频率，以往的速度匹配法不再适用[11-12]。DRFM干扰机产生的欺骗干扰信号为达到与真实目标的一致性，需要对发射的欺骗干扰信号调制多普勒信息，但是受限于DRFM的调制分辨率，不可能对每一个脉冲进行如此精细的频率偏移调制，只能在一段时间内对一段脉冲批量调制多普勒信息，如图4所示。

图4　干扰机调制多普勒信息

由图4可知，干扰机对发射信号的多普勒信息调制仅对一组脉冲进行频率调制。

假设运动干扰平台发射欺骗干扰信号为：

(11)

式中，vjt为干扰机调制在一组发射信号脉冲上的虚假多普勒信息。

φdj=-ωttr+vjt=-ωt(2/c(R0-vrt))+vjt=-2π(2/λ(R0-vrt))+vjt

(12)

但是在干扰机分辨率内的一组脉冲中，vjt相当于常数fj，此时fdj=(1/2π)(dφ/dt)=2/λvr，雷达不会受到干扰机调制的虚假多普勒信息影响。

当相位检波器检波的脉冲个数小于干扰机调制多普勒信息一组脉冲个数时，如图5所示，此时雷达对多普勒频率的检测为：U0mcosφ=U0cos(2ω0/cR0-ωdt)=Umcos(ωd-φ0-fj)，雷达只会检测到干扰机平台自身运动产生的多普勒频率。雷达检测到干扰机的真实运动速度，一旦干扰机虚拟的欺骗干扰目标加速或减速拖引离开自身时，就会出现目标运动速度与多普勒频率不匹配的情况，可以据此识别欺骗干扰。

图5　欺骗干扰相位检波示意图

3　欺骗干扰识别

由此可以对雷达目标的多普勒信息与速度进行匹配，匹配成功则认为是真实目标，否则视为干扰机产生的欺骗干扰信号，在下一步雷达航迹滤波时予以滤除。

假设雷达发射频率ft=1 GHz，存在真实飞行目标与随机欺骗干扰，构建雷达目标检测速度匹配线，将目标的估算速度与检测的多普勒频率对应速度进行检测，如图6所示。

图6　检测示意图

由图6可以看出，本方法可以对速度匹配不一致的欺骗干扰进行有效识别。

4　结束语

本文提出了基于多普勒的欺骗干扰识别方法，该方法利用干扰机在虚假多普勒频率调制时存在的分辨率问题，当雷达进行多普勒检测,脉冲个数小于干扰机调制分辨率时，即雷达对多普勒检测性能优于DRFM干扰机对多普勒调制性能时，可以有效滤除虚假多普勒信息，利用目标距离数据微分的估算速度与实测多普勒对应速度匹配可以有效识别欺骗干扰。■

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A method to identify the deception jamming based on Doppler

Shan Liang, Zhang Jianyun, Zhou Qingsong

(Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, Anhui, China)

With the development of the digital radio frequency memory(DRFM)， the deception jamming becomes stronger， so the distance-speed deception jamming could not be identified.The problems existed in the modulation of Doppler information by the jammer are analyzed, and the method to identify the deception jamming based on Doppler is also proposed.When radar Doppler detection with less pulses than the jammer Doppler modulate pulses, the method could identify the deception jamming successfully on the speed.

Doppler; deception jamming; identify

安徽省科技攻关项目(1310115188)

2015-12-03；2016-02-28修回。

单凉(1991-)，男，硕士研究生，主要研究方向为雷达信号处理。

TN97

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