基于数字可重构的同时多目标干扰技术

翁永祥

(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引 言

新体制雷达通常采用脉冲压缩和全相参处理方式，使接收的雷达回波信号通过匹配滤波和相参积累，可以滤除很多与雷达信号不匹配的干扰信号，在提升雷达探测能力的同时有效削弱和抑制有源干扰，增加雷达的抗干扰性能[1]。此外，作战平台受多个威胁源同时照射的概率日益增加，在电子对抗干扰装备中如何解决高质量同时多目标干扰信号产生是一个较难的课题，目前多目标干扰信号产生通常采用时分方式在干扰策略上合理分配干扰资源和增加硬件资源通过多信道方式实现[2]。两者均存在应用的局限性。前者不能实现同时多目标干扰信号产生，后者设备量庞大、功耗高，对平台的载重和供电能力要求较高，因此难以适应小型化平台的应用，特别是机载小平台。

随着信号处理技术的不断发展，软件无线电在雷达对抗中应用越来越广泛，特别是在小平台设计中，重量体积功耗已成为搭载设备的重要关注点，因此基于数字信号处理的干扰信号产生技术的研究需求更加迫切，本文采用软件无线电中的数字下变频(DDC)和数字上变频(DUC)技术[3]，将传统干扰源技术的多种模拟调制技术在数字域上实现，并将干扰样式产生和控制集成于数字储频模块的现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)芯片中，即信号处理过程主要在FPGA和DSP进行数字信号处理，使干扰源的通用化、系列化和组合化真正得以实现，同时可靠性和维修性均大幅提高。另外，采用数字化控制与处理后，由于不同的功能算法实现与控制策略可动态加载配置，因此，在瞬时处理带宽不变的情况下，可灵活实现干扰策略优化调整与干扰样式的不断更新。

1 数字可重构的多目标干扰原理

数字可重构技术可实现在硬件资源不增加的前提条件下，通过配置软件动态加载实现不同的功能用途。随着集成电路的高速发展，各种数字芯片的功能越来越强大，特别是高端FPGA和DSP等可编程逻辑器件的出现，为数字可重构技术提供了丰富的硬件平台。同时在可编程逻辑器件中可以灵活实现数字信道化、数字滤波和参数融合等，并且通过配置不同参数就可以实现处理带宽的快速选择，为实现小型化多功能干扰设备提供了技术基础。本文采用数字可重构技术既可以实现在单通道干扰源中实现同时多目标的干扰，又可以实现灵巧式高逼真假目标干扰信号产生，进一步优化平台小型化和设备干扰的有效性，为工程应用开展前期研究。

采用数字干扰源的干扰技术可以对接收的雷达信号进行高精度保存复制，并在此基础上进行不同调制，产生与雷达信号相干的假目标欺骗干扰信号，从而可以通过雷达信号处理的相干性处理而对雷达形成有效干扰[4]。多目标干扰通常采用多信道同时并行处理方式，即采用多个数字干扰源分别一一对应所需的干扰信号，单个干扰源[5]的组成框图如图1所示。

图1 数字干扰源组成框图

本文所采取的方案是考虑在单通道干扰源上采用数字可重构方式，实现单一通道具备同时多信号干扰能力。此外，可通过主动生成和样本加载方式产生灵巧式高逼真假目标欺骗干扰信号。

为了抗截获抗干扰，现代雷达普遍采用脉冲压缩(PC)、脉冲多普勒(PD)等新的信号体制，具有匹配处理增益，同时通过窄带多普勒滤波在很大程度上抑制杂波和非相参干扰。传统的噪声压制干扰，由于无法获得匹配接收增益，导致大部分的干扰能量都没有得到利用，干扰效能大幅度下降甚至失去干扰能力。只有通过不断增大干扰功率，才能获得更好的干扰效果，这在工程实现上造成了较大的困难。在这种背景下，提出了灵巧干扰技术，即采用新技术、新方法使干扰信号与雷达信号具有相参性，由此对抗PC、PD等新体制雷达，增加干扰机的功率利用率，提升干扰效能。

灵巧式高逼真假目标欺骗干扰信号产生技术通过模拟真实目标的雷达截面积大小及起伏相关特征等对回波信号的调制特征，提高假目标欺骗干扰的逼真度，使欺骗假目标干扰信号与实际目标的反射信号特征相符，从而使被干扰雷达难以区分真实目标还是假目标。该方式可通过前期目标信息收集、仿真等形成灵巧式高逼真假目标欺骗干扰信号库，通过样本加载方式在单通道干扰源实现。

同时多信号干扰则通过软件无线电中的DDC和DUC技术在数字域上对信号进行处理。模拟信号经模拟下变频至适当中频，然后在中频用模数转换器(ADC)数字化后输出高速数字中频信号，再经DDC的变频、抽取和低通滤波处理之后变为低速的基带信号，最后将基带信号送给通用DSP器件作后续的解调、解码、抗干扰、抗衰落、自适应均衡等处理。这样大大降低了对ADC和DSP器件性能的要求，便于实现和降低成本。DUC与下变频是相对应的过程，经处理后的基带数字信号经过内插、滤波和上变频后，将信号传给数模转换器(DAC)来完成后续的模拟处理环节。DDC和DUC在这里起到ADC/DAC和通用数字信号处理平台之间的桥梁作用。

在对宽带信号的数字处理方式上，可采用两种方式，一是数字超外差方式，二是数字信道化方式。在实际应用中可根据具体技术要求采用合适的处理体制。本文对同频段内可同时处理两个信号，根据输入信号带宽、信噪比、相应的脉宽和重周等，可动态配置两种处理模式。这两种方式各有特点：

(1)利用超外差方式处理输入信号，能够得到需要的视频脉冲和中频信号。可根据需求设置滤波器的中心频率和带宽，但是该方式在具体实现中，资源使用比较大。

(2)采用多相滤波信道化方式处理，输入的宽带信号(如典型的线性调频信号)的频率不能完整落在某个信道内，会造成检测出的视频脉冲信号产生裂变。因此比较适合处理输入信号的频率落在子信道的中心频率±BW/2内入，则能够检测出所需的视频脉冲。该处理方式在具体实现中能够大大节约资源量。

2 数字可重构的多目标干扰方法

2.1 高逼真假目标干扰

随着雷达在目标识别方面的不断创新与发展，雷达的抗干扰性能不断提升，常规的假目标欺骗干扰效果急需提高。另一方面也反应出假目标在与真目标的逼真程度上还存在差距。比如目标的起伏特性，在观察集中目标时，在相邻的距离分辨离散值上有时也会观察到目标，这时应简化考虑目标有效反射表面沿径向距离的分布。传统干扰机产生的假目标欺骗干扰信号通常是通过数字储频复制转发产生，其主要是将接收的雷达信号频率信息采集量化后存储转发，这种假目标欺骗干扰信号往往是在距离维上产生较多，而自身的变化特征较少，易被新体制雷达的抗干扰技术滤除。高逼真假目标信号产生则是通过调用事先加载考虑了不同目标反射信号的频域特征、幅度特征而建模仿真形成的目标数据库，经过数字调制来实现欺骗干扰信号的产生，便利干扰信号更加接近被模拟的雷达真实目标的回波信号。雷达干扰信号回波示意图见图2。

图2 雷达干扰信号回波示意图

为进一步提升高逼真假目标欺骗干扰的工程应用，对信号仿真与产生时，没有必要详细地考虑目标反射性沿径向距离的分布，从而可将各种仿真类别的对象看做点目标，其相互区别只是其有效散射表面数值不同。这时候就可以显著地简化反射信号的模拟算法。

考虑了目标沿径向距离分布和旋转单元时的雷达反射回波信号时间序列，它是由目标的求和反射信号与接收到的雷达发射信号样本的时域卷积，没有加入目标反射的随机噪声和平台移动的多普勒频率。因此可以通过充分的信息收集和仿真实验，产生丰富的高逼真假目标干扰库，通过样本加载方式在单通道干扰源上实现灵巧式高逼真假目标干扰。

2.2 同时多信号假目标干扰

为实现在单通道数字干扰源模块上实现多目标干扰，开展了前期算法验证，算法实现上主要采用多相滤波信道化方式。对同一频段内的信号采用数字信道化方式，对量化后的数字信号通过信道中的滤波器组检出信号的包络，整形后得到该信号的脉冲信息，通过快速傅里叶变换(FFT)等算法可得到信号的频率信息，信号的幅度信息可通过对前端数据链易损性分析(DLVA)检波后的视频脉冲量化得出。本设计中数据采集的时钟为2.4 GHz，对奈奎斯特频段(1.2 GHz)内的信号可划分为16个子信道，每个信道的带宽为75MHz，对采集的数据进行数字处理后，提取出该信号的脉宽、重周及频率信息等，送入后续信号分选单元中得到该信号的信息特征，为干扰控制提高有效参考。其组成框图如图3所示。

图3 采样时钟2400 MHz时的多信道滤波器组框图

对于输入的宽带数字信号，其经过数字滤波器组后，不同子信道的信号会被分别提取出来，并经过运算得出该信号的基本特征，如同步脉冲、频率和信号数据等。由于接收到的外部信号种类可能较多，其中既有威胁等级较高即所需干扰的信号，也可能存在一些不需要干扰的信号，因此我们可通过控制命令参数并结合信号分选结果来对信号进行选择，本设计中对同频段能同时干扰两个信号，因此通过信号选择单元后输出两路同步写脉冲和信号数据，并采用独立的存储单元进行数据寄存，此外，还可以通过加载高逼真假目标干扰信号库，其分别输出有效的干扰信号数据送DAC输出。其原理框图如图4所示。

3 实物平台测试验证

为有效验证上述方法的可行性，在单通道干扰源模块上进行测试。测试条件如下：信号源三台，高速数字示波器一台，频谱分析仪一台，配套电源一台，测试电缆若干。其测试框图如图5所示。

图4 基于数字可重构的干扰信号产生流程图

图5 实物平台测试框图

对于两路输入的中频信号，本文分别测试了同一子信道内同时到达两路信号和不同子信道内同时到达两路信号(其中不同子信道的同时多信号分不同的干扰样式分别测试)。测试结果如图6～图8所示：

(1)同一子信道内同时到达(两信号干扰样式相同)，输入：sig1 IF-290 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs；sig2 IF-310 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs。

图6 同一子信道内同时到达的输入/输出信号时域/频谱图

(2)不同子信道内同时到达(两信号干扰样式相同)，输入：sig1 IF-220 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs；sig2 IF-310 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs。

图7 不同子信道内同时到达的输入/输出信号时域/频谱图(干扰样式相同)

(3)不同子信道内同时到达(两信号干扰样式不同)，输入：sig1 IF-220 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs；sig2 IF-310 MHz PW-1 μs、PRI-100 μs。

图8 不同子信道内同时到达的输入/输出信号时域/频谱图(干扰样式不同)

4 结 语

本文提出的数字可重构技术可在单通道数字干扰源上实现同时多目标干扰，简化了硬件设计，适应干扰设备小型化和机载的要求。同时通过加载样本库方式产生灵巧式高逼真假目标欺骗干扰信号，结合干扰控制及样式产生综合设计，将传统的数字储频与干扰控制功能集成于一体，使设备具备小型化、集成化、低功耗、重量轻等特点，适应各平台特别是机载平台的适装需求。当然，该技术在工程装备上的成熟使用，需在干扰样式控制等方面开展进一步研究工作。