对线性调频体制雷达的调频干扰设计与仿真
2016-12-13胡泽辉
汪 洋，程 林，胡泽辉
(1.解放军91404部队，秦皇岛 066001；2.中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)
对线性调频体制雷达的调频干扰设计与仿真
汪 洋1，程 林2，胡泽辉2
(1.解放军91404部队，秦皇岛 066001；2.中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)
针对相控阵雷达中的线性调频信号特点，研究了多种调频干扰方式对其的干扰效果。首先阐述了调频干扰的干扰机理，分析了相关参数的作用。然后通过正弦调频预加重干扰、锯齿波调频预加重干扰、噪声调频预加重干扰的仿真实验，验证了调频干扰对线性调频信号的理论可行性，为之后的工程应用提供了参考。
调频干扰；电子对抗；线性调频信号
0 引 言
随着高科技时代的来临，雷达性能不断提高，雷达技术基础也在不断进步，特别是高功率发射器件、计算机与高速信号处理技术快速进步，各种高性能的民用雷达和军民两用雷达获得了很快的发展。其中，采用相控阵技术的雷达成为了新型雷达体制的代表，此种雷达为了提高抗干扰能力，一般采用大瞬时带宽信号、捷变频信号、频率分集信号等。面对这些雷达，传统的干扰方法很难奏效，为了有效对相控阵雷达实施干扰，除了要有技术先进的干扰设备外，还要有合适的干扰方法。在这种情况下，研究调频干扰方法有特殊的意义[1]。
1 相控阵雷达的基本特点
相控阵雷达具有多目标跟踪与多种雷达功能的工作能力。相控阵雷达波束快速扫描的能力可以使搜索方式、跟踪方式之间的交替时间得到合理安排，信号能量得到合理的转换与分配，使搜索、目标识别、开始跟踪、跟踪丢失、目标跟踪等不同工作状态下遇到的特殊问题得到合理的解决。与传统机械扫描雷达相比，其功能有很大的提高。相控阵雷达主要可以分为以下几部分：相控阵天线及馈线网络、频率合成模块、波控系统、信号处理、收发组件等，图1为相控阵雷达组成框图[2]。
图1 相控阵雷达组成框图
1.1 相控阵雷达的工作模式分析
相控阵雷达主要拥有搜索与跟踪2种工作方式，现今面临复杂的环境条件，相控阵雷达还需要具有目标识别的工作方式。
1.2 相控阵雷达的信号形式
相控阵雷达处于不同的工作状态，其信号波形的特点都不尽相同。其中，线性调频信号(LFM)是其中具有代表性的信号形式之一，采用这种信号，可以使得雷达获得较远的作用距离，同时得到较高的距离分辨率。LFM信号的数学表示为：
[j(2πfct+πμt2)]，
(1)
式中:TP为发射波形的脉宽;rect(t)为门函数;fc为载波频率;μ为调频斜率。
本文采用的LFM信号脉宽Tp=100 μs，带宽B=200 MHz，它的时域图与频域图如图2所示。
图2 LFM信号时域图与频域图
2 调频干扰对LFM信号的影响
调频干扰是指干扰机对接收到的雷达信号附加频率调制的干扰方式，在此时，其相应的干扰信号可以表示为[4-5]：
uj(t)=us(t)exp⎣jkfm∫n(τ)dτ」
(2)
式中：n(t)为调制干扰信号；kfm为调制系数。
公式(2)经过推导后可以得出，干扰信号是雷达信号us(t)与调相信号mj(t)的乘积，即：
uj(t)=us(t)mj(t)=us(t)exp⎣j2πkfm∫n(τ)dτ」
(3)
这里分别选用正弦波、锯齿波与高斯噪声作为干扰信号。
2.1 正弦调频预加重干扰
当选用正弦信号为调制信号时，称为正弦调频预加重干扰，即:
n(t)=assinΩt=asin2πfsint
(4)
(5)
将式(5)代入式(3)可得：
(6)
式中:Tp为雷达LFM信号的脉宽。
仿真条件：信号幅度A0=1，带宽B=200 MHz，脉宽Tp=100 μs，采样频率fs=1 GHz，正弦信号周期Tsin=10 μs，调制幅度a=1，调制系数kfm=107。时频域图如图3所示。
从图3可以得出，正弦调频预加重干扰信号是正弦信号与LFM信号双重调制的结果。
图3 正弦调频预加重干扰信号时频域特性曲线
由贝塞尔函数推导得，当Tsin
图4 时频域图
从图4中可以看出，产生了若干个欺骗假目标，且各个假目标幅度大小不一，具备良好的欺骗效果。
2.2 锯齿波调频预加重干扰
当调制信号为锯齿波信号时，称之为锯齿波调频预加重干扰，调制信号n(t)表达式为：
(7)
式中：Tsaw为锯齿波信号的周期。
(8)
将其代入式(3)可得锯齿调频预加重干扰表达式为：
(9)
仿真条件:信号幅度A0=1，带宽B=200 MHz，脉宽Tp=100 μs，采样频率fs=1 GHz，锯齿波的信号周期为Tsaw=10 μs，调制幅度a=1，调制系数kfm=107。锯齿波调频干扰时频域波形如图5所示。
图5 锯齿波调频预加重干扰信号时频域特性曲线
进一步验证锯齿波干扰效果，在信号幅度A0=1，带宽B=200 MHz，脉宽Tp=100 μs，采样频率fs=1 GHz，载波频率fc=300 MHz，锯齿波的信号周期为Tsaw=50 μs，调制幅度a=2，干信比J=6 dB，调制系数kfm=107的条件下进行仿真实验，此时获得脉冲压缩后的干扰效果如图6所示。
图6 锯齿波调频预加重干扰仿真效果
从图6可以看出，锯齿波调频产生遮盖性干扰，使得目标淹没在噪声中，具备良好的干扰效果。
2.3 噪声调频预加重干扰
当调制信号n(t)为噪声时，称之为噪声调频预加重干扰。在这里n(t)为高斯噪声，表达式为：
(10)
式中:σ2为噪声信号功率;Bn为调制噪声带宽。
则噪声调频预加重干扰信号表达式为：
(11)
仿真条件：信号幅度A0=1，带宽B=200 MHz，脉宽Tp=100 μs，采样频率fs=1 GHz，高斯噪声参数值σ2=4，调制系数kfm=107。噪声调频预加重干扰信号时频域图如图7所示。
图7 噪声调频预加重干扰信号时频域特性曲线
为进一步验证噪声调频干扰效果，采用信号幅度A0=1，带宽B=200 MHz，脉宽Tp=100 μs，采样频率fs=1 GHz，锯齿波的信号周期为Tsaw=10 μs，高斯噪声参数值σ2=4，调制系数kfm=107，干信比J=6 dB，载波频率fc=300 MHz的条件下进行仿真实验，脉冲压缩后的干扰效果如图8所示。
图8 噪声调频预加重干扰仿真结果
由此可见，此种干扰方式对雷达产生了阻塞式干扰，具有良好的干扰效果。
3 结束语
调频干扰是是一种灵活多变的干扰样式，通过不同的噪声可以对信号产生不同的干扰样式，并且具有良好的干扰效果。这种干扰只需要接收机将收到的雷达信号经过调频放大后转发，即可对捷变频的脉压雷达取得良好的干扰效果,并且可以通过改变信号调制系数kfm来控制产生干扰脉冲数,也可控制Tsin与Tp的大小关系改变干扰类型(阻塞、欺骗等)，取得多种不同的干扰效果。本文通过大量的仿真实验，证明了调频干扰理论分析的正确性，并且为之后的工程实用性打下了基础。
[1] 陈凯.对相控阵雷达的智能干扰决策技术的研究[D].西安:西安电子科技大学,2012.
[2] 王雪松,肖顺平.现代雷达电子战系统建模与仿真[M].北京:电子工业出版社,2010.
[3] 赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.
[4] 张煜,杨绍全.对线性调频雷达的正弦加权调频干扰技术[J].系统工程与电子技术,2007,29(4):544-547.
[5] 杨绍全,张正明.对线性调频雷达的干扰[J].西安电子科技大学学报,1991,18(3):24-30.
FM Jamming Design and Simulation to LFM System Radar
WANG Yang1，CHENG Lin2,HU Ze-hui2
(1.Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China;2.The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)
Aiming at the characteristics of linear frequency modulation (LFM) signal in phased array radar,this paper studies the jamming effect of several frequency modulation (FM) jamming modes to the radar.Firstly this paper expatiates the jamming mechanism of FM jamming,analyzes the action of correlative parameters;then uses the simulation experiments of sinusoidal FM pre-emphasis jamming,saw tooth FM pre-emphasis jamming,noise FM pre-emphasis jamming to validate the theoretic feasibility of FM jamming to LFM signal,which provides reference for future engineering application.
frrequency modulation jamming;electronic countermeasure;linear frequency modulation signal
2016-08-02
TN972
A
CN32-1413(2016)05-0038-04
10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.05.009
