基于移频滤波的脉压雷达抗干扰方法*

2017-10-23粘朋雷路翠华

电讯技术 2017年10期

关键词：移频脉压干扰信号

粘朋雷**1，路翠华

(1.解放军91550部队91分队，辽宁大连 116023；2.海军航空大学七系，山东烟台 264001)

基于移频滤波的脉压雷达抗干扰方法*

粘朋雷**1，路翠华2

(1.解放军91550部队91分队，辽宁大连 116023；2.海军航空大学七系，山东烟台 264001)

针对线性调频(LFM)脉冲压缩雷达易受移频欺骗干扰影响的问题，提出了基于移频检测的起始频率捷变LFM雷达抗干扰方法。通过分析匹配滤波器参考函数、目标回波信号和干扰信号在频域的相对位置，利用脉间LFM信号起始频率不同的特点，将接收信号进行移频，使得目标回波信号分量无脉压输出，从而确定干扰信号分量在时域的位置，通过时域选通对未进行移频的接收信号脉压结果中的干扰进行滤除达到抗干扰目的。仿真分析了移频检测抗干扰性能，结果验证了所提方法的有效性。

脉冲压缩雷达；线性调频；移频干扰；干扰抑制

1 引言

线性调频(Linear Frequency Modulation LFM)脉冲信号以其高的探测距离和距离分辨率，越来越多地被应用于高分辨雷达设备中。脉冲压缩技术由于可获得很高的处理增益，线性调频雷达多应用脉冲压缩技术进行回波信号处理。随着DSP、DDS、DRFM等数字器件应用于先进的干扰设备，使得各种雷达信号很容易被识别后存储转发，对雷达产生有效的欺骗干扰[1-3]。特别是由于LFM信号的时频耦合特性，通过对接收到的LFM信号叠加不同的多普勒频率，可以产生较强的干扰效果[4-5]，而且根据频偏大小可形成欺骗干扰和压制干扰效果[6]。

文献[7]通过分析移频干扰对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果和原理，提出了基于FrFT的抗线性函数移频干扰算法。文献[8]也是通过LFM信号在分数阶傅里叶域中的不同对干扰信号进行辨识，从而达到抗干扰的效果，但是，由于FrFT的运算量比较大，因此需要对抗干扰方法进行进一步改进。根据文献[9-11]提出的脉间调频率抖动抗干扰方法，本文提出起始频率捷变的LFM雷达抗干扰方法。由于起始频率捷变的LFM雷达在不同周期发射信号的调频斜率不变，脉冲宽度不变，但起始频率是不同的，因此目标回波信号和干扰信号在频域中的位置是不同的，而且移频值不同，频域的重叠也不同。根据目标回波信号、干扰信号和匹配滤波器参考函数(脉冲响应函数)在频域的重叠度不同，对目标回波信号和假目标欺骗干扰信号进行区分可达到干扰抑制的目的。

2 移频检测原理

雷达第n个脉冲周期发射的LFM信号可表示为

(1)

脉冲压缩雷达的脉压一般都较大，因此匹配滤波器参考信号的频谱函数可近似表示为

(2)

第n个脉冲周期时，干扰设备利用此前第m个脉冲周期的雷达信号生成干扰信号，与第n个脉冲周期的雷达信号同时进入雷达接收机，接收信号可表示为

xn(t)=sn(t-τn)+jn(t-τjn)=

sn(t-τn)+Ajsm(t-τjn) 。

(3)

雷达信号经目标反射后，接收机接收到的目标回波信号的频谱为

(4)

因此，干扰信号分量的频谱为

(5)

在此考虑fm

(6)

其输出信号在时域可表示为

(7)

干扰信号进入匹配滤波器输出信号的频谱函数可表示为

Jo(f)=Jn(f)H(f)=

(8)

对其进行傅里叶反变换得到干扰信号的脉压输出信号为

exp(j2πft)df=

exp[jπ(t-τjn)(fm+fn)]。

(9)

比较式(6)和式(8)，由于目标回波信号与参考函数频域完全重合，因此输出信号带宽为B，而干扰信号由于只与参考函数在频域部分重合，故输出信号频域宽度仅为重合部分宽度B+fm-fn。由式(8)知，干扰信号脉冲压缩输出信号只有在fn-fm

对雷达接收信号进行频率为fM>0的移频处理后，其中的目标回波信号分量变为

x′(t)=x(t)exp(j2πfMt) ，

(10)

则回波信号移频后的频谱变为

(11)

其脉压输出信号的频谱函数为

(12)

则移频后的回波信号的脉压输出信号为

exp(j2πft)df=

exp[jπ(t-τn)(fM+2fn)+j2πfMτn]。

(13)

接收信号中的干扰信号分量进行频率为fM>0的移频处理后频谱为

(14)

匹配滤波后脉压输出信号在频域和时域表示为

(15)

exp[jπ(t-τjn)(fm+fn+fM)+j2πfMτjn]。

(16)

当fmfn时，则需fM=-B才能使目标回波信号频谱与匹配滤波器参考函数频谱不相关。

3 干扰信号抑制实现

雷达接收信号进入匹配滤波器，其实质是接收信号与滤波器参考函数进行卷积，转化到频域即为两频率函数相乘。图1(a)为匹配滤波器参考信号、目标回波信号和欺骗干扰信号的频域示意图。正是由于干扰信号与参考函数带宽相同，但是起始频率不同，导致两信号频域相乘时，重合部分减少，使得干扰信号的脉冲压缩输出信号幅值减小，而目标回波信号由于与参考函数频域完全重合，因此具有很好的能量聚集特性。

图1 信号频域示意图Fig.1 Signal frequency domain schematic diagram

图2 干扰抑制原理图Fig.2 Principle of jamming suppression

对干扰抑制方法进行总结如下：

Step1 对雷达接收信号x(t)进行式(10)的移频，移频值为fM=B，得到移频后信号x′(t)。

Step4 对雷达接收信号x(t)进行式(10)的移频，移频值为fM=-B，得到移频后信号x′(t)，重复Step 2和Step 3，将起始频率大于目标回波信号起始频率(fj>fn)的干扰抑制。

4 仿真实验及性能分析

仿真取某次雷达回波信号的脉冲宽度为T=1 μs，频率带宽为B=100 MHz，则调频率为μ=100 MHz/μs，起始频率fn=50 MHz；干扰信号起始频率为fm=20 MHz，信干比SJR=-5 dB，信噪比SNR=0 dB；采样率取fs=500 MHz，并假定干扰信号与回波信号同时到达雷达接收机。

4.1仿真实验

假定在第n个脉冲周期，匹配滤波器参考函数、目标回波信号和干扰信号的频域如图3所示。由图知，由于目标回波信号与干扰信号由于起始频率不同，因此在频域上与参考函数的相对位置也不同。目标信号与参考函数完全对应重合，而干扰信号与参考函数只是部分重合。

图3 移频前信号频域图Fig.3 Signal frequency domain before frequency shifting

图4为雷达接收信号经匹配滤波器后脉冲压缩输出，时间轴上零点取雷达接收信号与匹配滤波器参考函数卷积输出初始时刻。

图4 移频前脉冲压缩输出图Fig.4 Pulse compression output before frequency shifting

对雷达接收信号进行移频后，滤波器参考函数、目标回波信号和干扰信号的频域如图5所示。由图知，由于移频使得目标信号与参考函数在频域基本完全不对应，而干扰信号与参考函数仍有部分重合。

图5 移频后信号频域图Fig.5 Signal frequency domain after frequency shifting

图6 移频后脉冲压缩输出图Fig.6 Pulse compression output after frequency shifting

图7 干扰抑制后脉冲压缩输出图Fig.7 Pulse compression output after jamming suppression

4.2性能分析

移频后的脉压输出将直接决定着干扰信号的时延判断，因此输出信号的峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio，PSLR)可作为干扰抑制性能的重要因素，取PSLR为旁瓣最大值与主瓣之比。

图8表示信干比分别为-10 dB、-15 dB和-20 dB条件下，移频后信号的脉压输出PSLR随着信噪比SNR增加时的性能曲线。随着信噪比的增加，PSLR逐渐变小，即移频后脉压输出信号旁瓣值相对于峰值减小。这是由于对接收信号进行fM=B的移频后，回波信号几乎无脉压输出，峰值主要为干扰剩余量，而噪声对旁瓣影响比较大，而且移频对噪声影响比较小，因此信噪比较低时，噪声能量比较大，移频后输出PSLR较高。而当SNR大于0时，由于此时噪声能量较低，对输出旁瓣影响较小，输出PSLR趋于稳定值；随着信干比的增大，PSLR也增大。这是由于干扰信号能量降低，移频后干扰信号剩余能量也相对较低，因此输出PSLR较大。

图8 PSLR与SJR的关系Fig.8 Relationship between PSLR and SJR

图9表示信干比分别为-5 dB、-10 dB和-20 dB条件下，PSLR随着干扰信号起始频率fm变化的性能曲线。由于fn=50 MHz，当fm逐渐增大时，起始频率相对将减小，对接收信号进行移频后，干扰信号的剩余能量也将逐渐降低，因此输出主瓣值将降低，PSLR也逐渐增大。

图9 PSLR与fm的关系

5 结论

本文针对脉冲压缩雷达易受移频欺骗干扰影响的问题，提出了移频检测的抗欺骗干扰方法，对干扰进行识别检测，达到抗干扰目的。通过仿真对移频检测抗干扰性能进行了分析，并验证了方法的有效性。但是，在对此方法进行仿真验证过程中，是假定目标相对于雷达的径向速度是一定的，如果目标具有一定的加速度，将会对算法的有效性产生影响，对此需要进一步研究。

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JammingSuppressionofPulseCompressionRadarBasedonFrequency-shiftingFilter

NIAN Penglei1,LU Cuihua2
(1.Subunit 91,Unit 91550 of PLA,Dalian 116023,China;2.The 7th Department,Naval Aeronautical University,Yantai 264001,China)

To solve the problem that linear frequency modulation (LFM) pulse compression radar can be affected by the frequency-shifting jamming,a jamming suppression method for initial frequency agility LFM radar based on frequency-shifting detection is presented. The relative position among matched filter reference function,target echo signal and jamming signal in frequency domain is analyzed,and then the character that the initial frequency among interpulse LFM signal is different can be used. The target echo signal is made to have no pulse compression output through shifting the

signal frequency. So the jamming signal can be identified and suppressed. The anti-jamming performance of the proposed method is analyzed through simulation and the result proves its effectiveness.

pulse compression radar；linear frequency modulation；frequency-shifting jamming；jamming suppression

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.10.009

粘朋雷，路翠华.基于移频滤波的脉压雷达抗干扰方法[J].电讯技术，2017,57(10):1152-1157.[NIAN Penglei,LU Cuihua.Jamming suppression of pulse compression radar based on frequency-shifting filter[J].Telecommunication Engineering,2017,57(10):1152-1157.]

2017-03-30；

2017-06-20 Received date:2017-03-30；Revised date：2017-06-20

**通信作者：nianpl@126.com Corresponding author：nianpl@126.com

TN973

1001-893X(2017)10-1152-06