基于MTD的LFM雷达对抗DRFM干扰方法

奚舒靓， 张仁李， 盛卫星， 李兴熔

(1.南京理工大学电子工程与光电技术学院， 江苏 南京 210094；2.中国航天科工集团十院十部， 贵州 贵阳 550009)

基于MTD的LFM雷达对抗DRFM干扰方法

奚舒靓1， 张仁李1， 盛卫星1， 李兴熔2

(1.南京理工大学电子工程与光电技术学院， 江苏 南京 210094；2.中国航天科工集团十院十部， 贵州 贵阳 550009)

针对数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)干扰作用下，线性调频脉压雷达无法稳定检测与跟踪目标的问题，提出了一种基于动目标检测的DRFM干扰对抗算法。该算法利用动目标检测处理分别将目标和干扰回波的能量进行相参积累这一特性，根据恒虚警检测后峰值分选出两种回波信号，通过逆动目标检测和逆脉冲压缩处理恢复时域信号，最后使用相位统计次数方差鉴别目标和干扰。仿真结果表明，在低信噪比条件下，该方法能够有效地对抗DRFM干扰。

数字射频存储器； 动目标检测； 线性调频； 相位量化

0 引言

相干干扰要求干扰信号是雷达波形的精确模拟，目前主要采用数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)来实现[1]。基于DRFM的干扰系统截获到线性调频(Linear Frequency Modulated，LFM)脉冲雷达发射信号，经下变频后进行采集、存储，在适当时机读出，经D/A转换为模拟信号再上变频为射频信号。在一定条件下，DRFM重构的干扰信号是雷达信号的精确复制，因此可产生有效的欺骗干扰。DRFM干扰信号与雷达信号具有强相干性，且主要由主瓣进入雷达，因而以常规的天线或体制抗干扰措施难以对抗该种干扰形式[2-3]。

本文利用DRFM转发干扰存在量化相位这一特点[4]，提出了一种能够在低信噪比下有效工作的DRFM干扰的抑制算法。该方法首先利用脉冲压缩、MTD处理分别将目标和干扰回波的能量进行相干积累，然后根据MTD峰值分选出两个回波，通过逆MTD处理和逆脉冲压缩处理，分别恢复出目标和干扰信号的时域波形。最后，利用目标和干扰相位统计量的区别鉴别目标和干扰信号，从而识别出MTD后真实的目标信号。通过仿真分析，该方法能够在低信噪比情况下实现对目标和干扰的分离和鉴别，性能稳定。

1 信号建模

假设LFM脉压雷达发射信号为

(1)

其中:

(2)

取t=0时刻，目标与雷达径向距离为R0，目标为匀速运动，且目标相对雷达的径向速度为vT，且记tm时刻目标回波的时延和多普勒频率分别为τ(tm)、fd，则有

(3)

(4)

式中：c为光速；λ为信号波长。雷达接收的目标回波信号为

(5)

式中：AT表示目标回波的幅度。

干扰机对接收到雷达发射信号进行适当的延时和调制后转发，记干扰回波的时延和多普勒频移分别为σ(tm)、γD，DRFM干扰机采用相位量化技术，经过相位量化得到干扰信号[4]

(6)

其中：

(7)

式中：AJ表示干扰回波的幅度；NM=2M，M为相位量化位数。

综上，雷达接收信号可表示为

(8)

式中：n(t)为高斯白噪声。

DRFM干扰是目标回波的精确复制，与雷达回波信号具有高度相关性，可以获得较高的相干处理增益，且干扰功率大于目标功率，能够诱导系统检测或跟踪虚假目标，从而保护真实目标。

2 基于MTD的抗干扰方法

为了检测目标回波，雷达接收机根据发射波形对接收信号进行脉冲压缩和MTD处理，得到MTD处理的结果，记为rMTD(K,N)。其中，K为一个CPI内PRI个数；N为每个PRI采样点数。MTD处理过程是对目标信号进行相参累积，MTD的两维分别对应距离和多普勒频率，目标、干扰回波能量累积，形成两个峰值。

该算法根据MTD形成的峰值分选出两种回波信息，分别通过逆MTD处理和逆脉冲压缩处理，恢复时域信号，最后利用DRFM相位量化的特性实现对目标和干扰的鉴别。

当存在干扰时，利用MTD结果进行抗干扰处理，下面将对抗干扰的步骤进行详细阐述。

(1) 目标和干扰的分离

对MTD的结果rMTD(K,N)进行恒虚警检测，分别得到目标和干扰的点迹，分别检测两个点迹的峰值位置，记为max1(k1,n1)，max2(k2,n2)，利用峰值点的位置可以计算出两个峰值点的回波对应的时延τ1，τ2。

以max1(k1,n1)为作为窗函数的峰值点，生成二维凯撒窗函数：

(9)

式中：T表示转置；hK(k-k1)、hN(n-n1)分别对应多普勒维和距离维的一维凯撒窗函数：

(10)

式中：β是一个可调参数，可以通过改变β的值来调整窗函数的形状，从而达到阻带衰减要求。这里β可以取80。I0(x)是零阶第一类修正贝塞尔函数，可用幂级数表示为

(11)

(2) 目标和干扰的鉴别

利用DRFM的量化特性可以实现目标和干扰的鉴别[4]。目标回波相位分散在整个[-π,π]区域，而干扰相位有限地集中在某几个相位上，故采用相位统计次数方差(Variance of Phase Statistical Times， VPST)鉴别目标或干扰。具体实现如下。

将[-π,π]分割成P个子区间，第k个子区间表示为

(12)

设N(Θk)是信号相位在相位区间Θk上的统计次数，N为信号的采样点数，其VPST可以表示为

(13)

文献[5]中利用PRI内所有采样点计算VPST，由于在回波脉宽外无有用信号，脉宽外的噪声会影响计算结果；而且仅用一个PRI的VPST比较，信噪比较低时，干扰和目标VPST数值受噪声影响较大，误判概率较高。

因此，本文采用1个CPI内所有PRI脉宽内信号的VPST求和，进行比较，减少误差。具体实现如下：

(14)

(15)

式中：L是信号脉宽内的采样点数。

再将1个CPI内每个PRI的VPST累加进行判决，K为1个CPI内PRI的个数：

3 仿真实验与分析

为了验证算法的有效性，本文进行了以下的仿真实验。具体参数：带宽B=30 MHz，脉宽T=0.6 μs，脉冲重复周期Tr=13 μs的LFM脉冲信号，一个CPI内有256个PRI，采样率fs=50 MHz，目标距离800 m，速度300 m/s，信噪比10 dB，DRFM干扰距离830 m，速度270 m/s，干信比10 dB，干扰相位量化位数M为3。

将回波信号做脉冲压缩处理和MTD处理后的结果如图1所示，从图中可以看出脉压和MTD处理后存在两个峰值。

通过计算可知，幅值高的峰值对应干扰，幅值低的对应目标，在这种情况下，雷达系统检测到干扰的概率大于目标。

对脉压和MTD处理后加窗的结果如图2所示，图2(a)中仅剩一个峰值，即干扰，图2(b)中存在两个峰值，由于原来干扰幅值大于目标，加窗后，仍有部分干扰能量残余，所以会存在一个较低的干扰峰值。

将两个加窗后的结果，分别经过逆MTD处理和逆脉冲压缩处理，得到两个时域波形。图3是恢复的两个时域结果的相位统计直方图，从图3中可以看出，干扰信号的相位分布有限的集中在几个相位，而目标信号的相位分布在整个相位区间。

通过800次Monte Carlo仿真，得到算法正确判断目标的概率曲线如图4所示。可见，在该仿真条件下，当信噪比较低时，算法正确鉴别目标

和干扰的概率大于95%。当信噪比大于-15 dB，且DRFM相位量化位数M低于4位时，算法能够完全正确鉴别目标和干扰。

4 结论

本文针对存在DRFM干扰作用下LFM脉压雷达无法稳定检测与跟踪目标的问题，提出了基于MTD的LFM脉压雷达抗DRFM干扰方法。该方法利用MTD的结果分选出两种回波信息，恢复时域信号，利用相位量化信息实现干扰和目标回波的分离与鉴别。本算法利用MTD后的信息，能够在低信噪比下完成目标和干扰的分离，与现有的分离方法相比，大大降低了对信噪比的要求。实验证明，在低信噪比下，干扰相位量化位数M小于4位时，该算法具有较好的抗干扰的性能。

[1] 王雪松.现代雷达电子战系统建模与仿真[M]. 北京：电子工业出版社, 2010:130-172.

[2] Soumekh M. SAR-ECCM Using Phase-Perturbed LFM Chirp Signals and DRFM Repeat Jammer Penalization[J]. IEEE Transactions on Aerospace & Electronic Systems, 2006, 42(1):191-205.

[3] 卢刚, 唐斌, 罗双才. LFM雷达中DRFM假目标自适应对消方法[J]. 系统工程与电子技术, 2011, 33(8):1760-1764.

[4] Greco M, Gini F, Farina A. Combined Effect of Phase and RGPO Delay Quantization on Jamming Signal Spectrum[C]//Radar Conference, 2005 IEEE International， 2005: 37-42.

[5] Luo S C, Xiong Y, Cheng H, et al. An Algorithm of Radar Deception Jamming Suppression Based on Blind Signal Separation[C]//Computational Problem-Solving (ICCP), 2011 International Conference on. IEEE, 2011: 167-170.

DRFM Jamming Suppression Method Based on MTD for LFM Radar

XIShu-liang1,ZHANGRen-li1,SHENGWei-xing1,LIXing-rong2

(1.School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210094, China; 2.The Tenth System Design Department of the Tenth Reasearch Academy of CASIC, Guiyang Guizhou 550009, China)

Linear Frequency Modulation (LFM) pulse radar suffers from detection and tracking performance degradation in the situation of Digital Radio Frequency Memory (DRFM) jamming. To solve this problem, based on Moving Target Detection (MTD), an algorithm to suppress the DRFM jamming is proposed. The algorithm is divided into three steps. Firstly, MTD is utilized to coherently integrate the energy of target and DRFM jamming separately in two peaks which are detected by Constant False Alarm Rate (CFAR) processor. Secondly, the time-domain echoes at the two peaks are recovered separately by inverse MTD processing and inverse pulse compression processing. Finally, the target and DRFM jamming are discriminated by using a statistic named Variance of Phase Statistical Times (VPST). Simulation results are given to demonstrate the efficiency of the proposed method. It shows that under the condition of low signal-to-noise ratio, the proposed method can suppress the DRFM jamming.

Digital Radio Frequency Memory (DRFM); moving target detection; linear frequency modulation; phase quantization

1671-0576(2017)01-0037-05

2016-07-15

奚舒靓(1992-) 女，硕士研究生，主要从事雷达抗干扰技术研究；张仁李(1986-) 男，副教授，硕士生导师，主要从事雷达信号处理、雷达抗干扰、恒虚警检测技术研究。

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