基于DRFM的雷达超前干扰技术*

赵忠凯， 张继娜

(哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院， 哈尔滨 150001)

基于DRFM的雷达超前干扰技术*

赵忠凯， 张继娜

(哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院， 哈尔滨 150001)

针对雷达接收机采用脉冲前沿抗干扰技术侦察目标的问题，提出了一种基于数字射频存储器(DRFM)的雷达超前干扰方法.利用高速ADC对雷达信号进行采样并转换为数字比特流，通过FPGA设计重频跟踪器，实现对雷达射频信号的跟踪预测，并完成对雷达信号的无失真存储和延时叠加处理，最终调制出与雷达信号具有相干性的超前干扰信号.结果表明，干扰信号超前于目标回波信号，并且具有欺骗与压制两种干扰效果，试验结果达到了预期效果.

抗干扰； 数字射频存储器； 超前干扰； 重频跟踪器； 跟踪预测； 无失真存储； 延迟叠加； 相干性

雷达电子干扰是电子战的主要内容之一，旨在制造复杂的电磁环境，对抗雷达对目标的探测、跟踪及截获，大幅度削弱敌方雷达的作战性能[1].随着雷达抗干扰技术的不断提高，如何能够对目标实现保护的同时对雷达进行有效干扰成为了干扰机设计的重点[2].新体制的现代雷达广泛采用匹配接收和脉冲压缩等技术，使得目标回波信号可获得几十dB的信号处理能力[3-4].对于传统的干扰方法而言，干扰机接收雷达射频信号，再经过延迟转发产生噪声类压制干扰信号，这样得到的干扰信号滞后于目标回波信号，目标能够被雷达检测到，并且为了要达到同样的压制系数，需要更大的干扰输出功率[5-7].

针对雷达侦察技术的不断提高，本文提出了基于数字射频存储器(DRFM)的雷达超前干扰方法[8-10].利用FPGA作为主控器件，通过对高速ADC采样的数据进行处理，实现对雷达射频信号的跟踪预测、无失真存储，并通过时序设计调制出多假目标超前干扰信号，使得干扰信号超前于目标回波信号，实现对干扰机的有效保护[11].利用DRFM技术对射频信号进行相干存储，调制得到的多假目标干扰信号具备有与目标回波信号相似的相干处理增益.当作用于雷达目标检测和跟踪系统时，DRFM技术能够在特定的功率下增加雷达干扰的性能和效率，解决了传统非相参干扰的功率损失严重等问题，能够达到迷惑和扰乱雷达对真正目标检测和跟踪的目的.根据设定的假目标信号之间时序关系的差异，可以实现超前欺骗性效果或者超前压制性效果.

1 超前干扰模型分析

雷达是通过对目标回波信号进行接收，再做一些检测处理来识别复杂回波中的有用信息.对于一般情况，雷达发射信号，通过接收目标的回波信号并做相应的处理，以此来实现对目标的侦察.图1为超前干扰模型.为了实现对目标的有效保护，需要干扰机发射的干扰信号超前于目标回波信号到达雷达接收机，使得雷达对目标的位置产生误判，实现了对目标的保护.图1中真实目标到雷达的距离为R，雷达侦察测得的假目标距离为Rj，且Rj

图1 超前干扰模型

线性调频信号的数学表达式为

(1)

(2)

对于一般情况来说，根据目标回波信号模型，雷达接收机接收到的目标回波信号为

(3)

雷达接收机接收到的干扰信号为

(4)

2 超前干扰系统设计

图2为超前干扰系统，主要包括微波前端和基于DRFM技术的数字信号处理板.FPGA作为系统的核心，主要负责信号的收发控制、信号测量、信号存储以及信号转发.射频信号接收阶段：FPGA打开接收开关，接收天线在接收到射频信号后，在微波中经过下变频处理得到中频信号和包络检波，高速ADC对中频信号进行高速采样得到数字信号，FPGA对采样后的信号进行测频比较及无失真存储；干扰信号输出阶段：FPGA打开发射开关，将处理好的干扰数字信号经过DAC重构得到模拟信号，传送给微波进行上变频处理转换为射频信号发出.

图2 超前干扰总体设计Fig.2 Overall design of advanced jamming

FPGA芯片选择XC6VSX315T，此器件除了具有高性能逻辑结构之外，还包括许多内置的系统级模块.配合高速ADC和DAC，主要完成信号侦察和干扰工作.利用高速ADC芯片ADC08D1500以1.3 GHz对雷达信号进行采样，得到量化为8 bit的采样数据.通过并串转换模板将数据进行8倍偶变换，得到的数据速率为162.5 MHz，降速后传送给FPGA.采用AD9739将FPGA处理完成后的干扰信号进行时序转换成模拟信号输出.

图3为FPGA模块，主要分为CORDIC测频模块、RAM存储、时序控制模块和干扰处理模块.

图3 FPGA模块内部功能Fig.3 Internal function of FPGA module

为了实现雷达超前干扰效果，需要能够预测射频信号的到达时间，保证干扰信号能够超前于目标回波信号到达雷达接收机.利用FPGA产生重频跟踪器，实现对雷达信号的实时跟踪预测.FPGA在收到ADC采样后的信号和包络检波后，利用CORDIC测频模块测量信号的脉冲前沿频率，作为区分雷达信号的特征值.利用雷达脉冲信号的检波前沿作为触发，对其进行前沿测频比较，考虑捷变频的情况，前沿测频比较需要有一定的容差.选取正确的雷达脉冲作为重频跟踪电路的起始脉冲，开始进行脉冲重复周期(PRI)的测量.对于之后到达的脉冲均进行频率比较，当判断为同一雷达脉冲后，测得PRI，产生一个相应的预测波门，使得雷达脉冲能出现在波门内.当判断为不同脉冲时，需要再次建立一个重频跟踪电路，该脉冲作为这一雷达信号的起始脉冲.产生预测波门后还要继续检测雷达脉冲，以便随时对预测波门进行调整，使预测波门具有时效性，根据不同的信号可以产生多个不同的预测波门，从而解决复杂电磁环境下雷达侦察的问题，重频跟踪器设计流程如图4所示.

图4 重频跟踪器设计流程Fig.4 Flow chart for design of PRI tracker

FPGA在接收到雷达信号后，通过测频模块测量出的前沿频率作为判断雷达信号的标志.在判断为新信号时，将雷达信号无失真地存储到RAM的相应空间内.当需要发射干扰信号时，通过频率信息选择相应的读地址，将RAM中的数据读出，经过相应的调制形成干扰信号发出.

本文设计的干扰机通过对雷达信号进行调制，主要实现压制以及欺骗效果.图5为信号延迟叠加流程，假目标信号的疏密程度都可以通过调整延迟时间ti来进行控制，假目标信号的数量可以通过调节延迟级数来进行控制.FPGA利用之前存储在RAM中的雷达信号通过FIFO和加法器来实现延迟叠加，并且通过控制FIFO与加法器进行级联进行多次延迟叠加，产生多个假目标信号.其中，FIFO的深度控制假目标之间的距离，FIFO和加法器级联的个数影响假目标的个数.为了满足不同情况，可以对延迟叠加的最后一级输出结果J(t)进行幅度和相位上的调整.

图5信号延迟叠加流程
Fig.5Flowchartfortime-delaysuperpositionofsignal

一般来说，假目标在接收到雷达信号之后经过延迟叠加得到的ti均是正的，即假目标均延迟目标回波信号，这样就不能起到对目标的掩护作用.而对于超前干扰的假目标来说，第一个假目标的位置是预测波门的前t时间.图6为超前干扰示意图，预测波门前t时间内假目标的延迟时间是负的，预测波门之后的假目标的延迟时间是正的，即第i个假目标的延迟时间ti既可能是正的，又可能是负的.

图6 超前干扰示意图Fig.6 Schematic diagram of advanced jamming

通过多级延迟叠加的方法形成了多假目标，能够保证干扰信号同雷达发射信号之间的相干性.由于产生的不再是一个峰值的点目标，而是产生了多个假目标，这样就与目标回波一样，具有距离向特征.对于多级延迟叠加产生的干扰信号而言，由于延迟时间和幅度的不同，可以在不同位置产生多个幅度不同的假目标干扰信号，再加上与目标回波信号具有相似的距离向特征，从而达到了有效欺骗干扰的目的.

对于传统的典型噪声压制干扰而言，由于脉冲压缩处理技术可以使目标回波信号获得几十dB的增益，如果想要压制目标回波信号，就需要干扰机有更大的输出功率.利用对雷达信号进行延迟叠加转发的方法，发射的干扰信号与原信号具有相干性，干扰机能够获得脉冲压缩处理之后的增益，从而提高了干扰机的效率.

3 仿真结果

雷达参数为：以线性调频信号为研究对象，设信号载频fc=0 Hz，调频带宽B=5 MHz，信号脉冲宽度τ=10 μs，脉冲重复周期PRI=1 ms，信噪比SNR=40 dB.

3.1 超前欺骗效果仿真

图7为超前欺骗干扰仿真.设目标距离雷达130.7 km，在重频预测的基础上，利用延迟叠加产生16个假目标信号，分别位于124.9、125.7、126.4、127.0、127.8、129.0、130.0、131.1、132.3、133.6、134.5、135.8、136.8、138.5、139.6、141.1 km.其中，前7个假目标干扰信号的位置在目标回波之前达到了超前的效果，并且通过增加干扰信号的强度，使其远大于目标回波信号，在掩盖了真实目标回波的同时，并且由于假目标间距不是均匀的，可达到更好的欺骗效果.

图7 超前欺骗干扰仿真Fig.7 Simulation for advanced deception jamming

3.2 超前压制效果仿真

图8为超前压制干扰仿真.设目标距离雷达130.7 km，从仿真中可以看出，利用延迟叠加产生了密集假目标，这样的假目标距离近，并且数量多，已经达不到欺骗的效果，而是得到压制效果.由于干扰信号的幅度较大，真实目标回波信号已经淹没在干扰信号中，并且因为一部分假目标信号是在回波信号之前发出的，所以达到了超前的效果，实现对目标的保护.

图8 超前压制干扰仿真Fig.8 Simulation for advanced suppression jamming

3.3 频谱仪时域测试

信号源设置为：射频信号载频4.1 GHz，脉冲重复周期1 ms，脉冲宽度10 μs，频谱仪显示的干扰信号时域效果如图9所示.频谱仪扫频2 ms，采用射频信号同步触发，通过1 ms处可以发现，在射频信号到达之前，干扰机已经发射干扰信号，达到了超前干扰的效果.干扰信号具有压制效果，并且干扰信号的强度为4.6 dB，能够掩盖住目标回波信号.

图9 频谱仪测试结果Fig.9 Test results with spectrum analyzer

4 结 论

本文讨论了传统雷达干扰方法的弊端以及提出超前干扰方法的原因，介绍了基于DRFM技术实现超前干扰的方法.以FPGA为控制中心，通过设计重频跟踪器对雷达信号进行跟踪预测以及无失真存储，并通过对雷达信号延迟叠加产生假目标的方法实现超前假目标干扰.根据多假目标的疏密程度可以实现欺骗以及压制两种效果，由于假目标与雷达信号具有相干性，这就使假目标与目标回波信号相似，产生较好的干扰效果.MATLAB仿真结果表明，超前干扰系统设计具有一定的可行性，并且通过具体的硬件电路设计以及频谱仪的时域图验证了超前干扰的有效性.

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(责任编辑：钟 媛 英文审校：尹淑英)

RadaradvancedjammingtechnologybasedonDRFM

ZHAO Zhong-kai, ZHANG Ji-na

(College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Aiming at the problem that the pulse front anti-jamming technology is used to detect the targets in the radar receivers, a radar advanced jamming method based on digital radio frequency memory (DRFM) was proposed. The radar signal was sampled and converted into the digital bit stream with the high speed ADC, and the pulse repetition interval (PRI) tracker was designed with FGPA to achieve the tracking and prediction of radar radio frequency signal. In addition, the non-distortion storage and time delay superposition processing of radar signal were completed. Finally, the advanced jamming signal with the coherence of radar signal was modulated. The results show that the jamming signal is ahead of the target echo signal, and has both deception and suppression effects. The experimental results achieve the expected effect.

anti-jamming; digital radio frequency memory; advanced jamming; pulse repetition interval (PRI) tracker; tracking and prediction; non-distortion storage; time-delay superposition; coherence

TN 953

： A

： 1000-1646(2017)05-0524-05

2016-09-01.

国家自然科学基金资助项目(61571146).

赵忠凯(1979-)，男，山东临沂人，讲师，博士，主要从事宽带信号检测、处理及识别等方面的研究.

* 本文已于2017-01-19 18∶00在中国知网优先数字出版. 网络出版地址： http：∥www.cnki.net/kcms/detail/21.1189.T.20170119.1800.024.html

10.7688/j.issn.1000-1646.2017.05.09