间歇混沌采样灵巧干扰生成算法

于沐尧,董胜波，王秀君

(1.北京遥感设备研究所,北京 100854；2.中国电子科技集团第二十九研究所，四川 成都 610036)

0 引言

在军事科技的发展中，电子对抗技术逐渐占据重要地位，干扰与抗干扰成为该领域热门的研究课题之一[1]。作为数字射频存储(digital radio frequency memory,DRFM)技术应用中的经典干扰样式，间歇采样转发产生的干扰信号与雷达发射信号具有很高的相干性，在时域、频域、空域等作战域内高度相似，同时在雷达接收机中可获得很大的相干处理增益，是目前运用较为广泛的相参干扰技术[2-4]。

长久以来，国内外专家对基于DRFM的间歇采样转发干扰开展了大量的研究与改进工作。文献[5]提出了基于移频导前干扰的间歇采样转发干扰，并计算干扰机天线功率增益补偿失配损耗。文献[6]提出了一种间歇采样调相干扰技术，该技术通过对间歇采样信号与多种相位调制方式的结合，增加匹配滤波后主假目标与真实目标的距离，达到欺骗雷达正常工作的目的。文献[7]提出了导前干扰与灵巧噪声相结合的组合干扰样式，仿真结果表明该种干扰产生的密集假目标具备欺骗和压制的干扰效果。文献[8]利用循环存储同时结合卷积滤波器的方式产生多假目标。文献[9]提出了阶梯波频移、线性函数频移、分段线性函数频移等新式频移干扰，使脉冲压缩雷达产生多组以主假目标为中心均匀分布的密集假目标群，但是通过假目标群均匀分布的特点，某些特征分辨雷达可以进行识别。文献[10]提出了灵巧噪声干扰方法，通过噪声与雷达信号进行卷积调制或者乘积调制后转发的机理，产生压制与欺骗干扰效果。文献[11]提出了基于随机码元调制的密集假目标干扰生成方法，通过调制码元控制产生不同的假目标。文献[12]根据方位延迟量和距离延迟量的关系，提出了具有航迹特征的多假目标干扰。文献[13]采用非完整正弦信号、伯努利混沌噪声进行卷积调制干扰，使得假目标在距离上分布更加密集，达到了更好的压制效果。文献[14]提出一种扫频锯齿波灵巧噪声干扰技术，干扰信号通过在原有雷达回波上附加一个窄带线性调频信号产生，用较小的功率在目标回波附近产生类似高斯噪声的特性。文献[15]提出了一种基于间歇采样的脉冲随机转发干扰新方法，该方法通过随机序列控制是否转发当前选择的干扰信号，达到提高次假目标相对幅度的目的，使干扰信号具有更好的压制效果。

然而，由于间歇采样转发干扰信号所产生的多假目标分布均匀，通过特征识别的方法可以识别进而抑制假目标，同时由于次假目标的幅度衰减快，使得达到干扰能力的有效假目标数量减少，欺骗干扰与压制干扰效果不尽理想。

本文从间歇采样转发干扰原理出发，推导并分析了经典切片干扰的缺点，在此基础上提出了一种基于间歇混沌采样转发的灵巧干扰生成算法。首先生成Tent混沌序列，利用该序列不确定、不重复、非周期、不可预测的特点控制采样时间窗长度和转发时间窗长度，使得假目标分布不均匀，同时混沌序列的特点将大幅增加雷达接收机对干扰信号参数估计的难度，降低干扰识别率；其次，通过灵巧噪声对采样后的干扰信号进行卷积调制，提高次假目标群相对幅度，增加了有效假目标的数量；最后进行仿真对比实验，通过与经典切片干扰与脉冲随机转发干扰的比较，该算法达到了较好的欺骗干扰与压制干扰效果，验证了本文算法的正确性和有效性。

1 间歇采样转发的切片干扰生成算法

间歇采样转发干扰(interrupted sampling repea-ter jamming,ISRJ)通过对雷达信号的采样、存储、转发，利用脉冲压缩雷达的匹配滤波特性产生相干假目标[16]，假设雷达发射信号为线性调频信号s(t)，表达式为

(1)

式中：A为信号幅度;T为脉冲宽度;f0为信号载波频率;K为调频斜率。

采样信号p(t)为矩形脉冲串，其表达式为

(2)

式中：τ为采样信号脉冲宽度；Ts为采样信号脉冲重复周期，则fs=1/Ts为采样信号脉冲重复频率。

对干扰机接收的雷达信号s(t)进行间歇采样，得到的ISRJ信号为

(3)

最后，ISRJ信号经雷达接收机匹配滤波器h(t)后得到的信号jr(t)为

(4)

由式(4)可以看出，匹配滤波后的输出主要有2部分组成，第1部分是主假目标，与雷达回波信号除幅度外完全相同;第2部分是次假目标，通过采样将信号频谱搬移到了各次谐波上。由此结论可以得出，回波信号经脉冲压缩匹配滤波后，在径向距离方向上会形成以主假目标为中心对称均匀分布的次假目标，各次假目标幅度与sin(πnfsτ)的数值有关，且相对于主假目标衰减过大，同时，由于sin(πnfsτ)的周期性使得有效假目标减小，降低干扰效果。

2 间歇混沌采样灵巧干扰生成算法

2.1 数学模型

由于ISRJ存在上述缺点和问题，本文提出一种间歇混沌采样灵巧干扰。混沌序列是一种无规律、非周期的序列，因为其具有很强的复杂性、奇异性、随机性、遍历性，所以在通信和信息安全领域得到广泛的应用[17-18]。这一思路如果应用在电子对抗领域方面，则可使干扰机在雷达电子战抗干扰方面具有很强的隐蔽性，从而增加雷达接收机对干扰信号参数估计的难度，同时生成的混沌映射易于实现，运算速度快，适合工程实践。本文采用Tent混沌序列进行雷达信号间隔采样，生成干扰信号。Tent混沌序列的通用形式为[19]

(5)

采用Tent混沌序列对矩形脉冲采样信号p′(t)的控制，其表达式为

(6)

对于混沌序列控制的切片干扰，式(6)可以写为

(7)

式中：λ1,λ2为混沌映射因子;xk为Tent混沌序列。

在此情况下，对干扰机接收的雷达信号s(t)进行间歇混沌采样后得到间歇混沌采样信号，之后进行灵巧噪声卷积调制，生成的间歇混沌采样灵巧干扰(interrupted chaotic sampling smart jamming,ICSSJ)为

j′(t)=[s(t)p′(t)]⊗n(t)=

(8)

(9)

2.2 算法设计及步骤

综上所述，ICSSJ生成算法流程图如图1所示。

干扰生成算法具体步骤如下。

Step 1： 根据式(5)生成Tent混沌序列{xk},k=1,2,…,N或调用预存Tent混沌序列。

Step 2： 根据混沌序列{xk}生成矩阵脉冲采样信号p′(t)。

Step 3： 用采样信号p′(t)对雷达信号进行采样，生成间歇混沌采样信号。

Step 4： 根据式(8)进行卷积调制，得到ICSSJ干扰信号j′(t)。

3 仿真实验与结果分析

3.1 间歇采样转发的切片干扰

实验仿真选取式(1)线性调频信号作为雷达信号。根据第1节ISRJ原理，假设目标距离4.5 km，即匹配滤波结果时延为30 μs，信噪比SNR=10 dB，信号载频f0=50 MHz，信号初相为0，脉冲宽度T=30 μs，调频斜率K=2 MHz/μs，采样频率fs=800 MHz，采样信号脉冲宽度τ=1 μs，干扰形式为切片干扰，则采样信号脉冲重复周期Tsj=2τ=2 μs，假设干扰机工作处理时间τp=50 ns，干信比JSR=5 dB。图2a),b)分别为切片干扰信号与其频谱，图3为经脉冲压缩后切片干扰效果图。

由图3中可以看出,回波信号经脉冲压缩匹配滤波后，在径向距离方向上形成了以主假目标为中心对称均匀分布的次假目标，表1给出了切片干扰次假目标归一化幅度的前6个最大值。可以发现,各次假目标相对于主假目标衰减过大，有效假目标数过少，干扰效果不尽理想。

表1 切片干扰次假目标归一化幅度Table 1 Normalized amplitude of secondary-false targets of slicing jamming

3.2 脉冲随机转发干扰

为综合比较本文生成的干扰信号的优势，这里引入文献[15]中脉冲随机转发干扰新方法用以进行对比实验。参数设置与第3.1节设置相同，图4a),b)分别为脉冲随机转发干扰信号与其频谱，图5为经脉冲压缩后脉冲随机转发干扰效果图。

由图5中可以看出,回波信号经脉冲压缩匹配滤波后，在径向距离方向上也形成了以主假目标为中心对称均匀分布的次假目标，表2给出各次假目标相对归一化幅度的前6个最大值。从表中可以看出，各次假目标幅度均有大幅提高，形成覆盖在主假目标附近的假目标群，具有较好的干扰效果，但是仍然没有解决假目标对称分布的问题。

表2 脉冲随机转发干扰次假目标归一化幅度Table 2 Normalized amplitude of secondary-false targets of pulse random repeater jamming

3.3 间歇混沌采样灵巧干扰

根据第2节建立的数学模型，参数设置与第3.1节设置相同，Tent混沌序列参数为h=0.4，λ1=1.5，λ2=3，图6a),b)为间歇混沌采样信号与其频谱，图7a),b)为经过灵巧噪声卷积调制后生成的ICSSJ信号与其频谱，图8为经脉冲压缩后ICSSJ的干扰效果图。

从图8中可以看出，在主假目标附近形成了密集分布的不均匀的多假目标，同时在径向距离上也分布着非均匀分布的多假目标群，并且在多假目标群内部的各个假目标分布也不均匀，克服了假目标衰减的缺点，很好地提高了欺骗和压制干扰效果，也增加了有效假目标的数量。由于形成了密集假目标群的影响，表3给出了各多假目标群中最大归一化幅度，可以看出不同假目标群的归一化幅度衰减很小，使得不同径向距离上的有效假目标群增加。

表4给出了包含主假目标的假目标群内部不同次假目标归一化幅度的前6个最大值。可以看出，假目标群内部的归一化幅度衰减同样很小，使得不同假目标群内部的各次假目标中的有效假目标数量增加。

为综合对比真实目标回波信号与3种干扰信号的差异，图9给出了导前移频量为5 MHz时3种干扰信号脉冲压缩后的干扰效果图。从图9a),b),c)的对比情况可以看出，文本提出的ICSSJ干扰经过脉冲压缩后形成多个密集假目标群，具有很强的压制干扰与欺骗干扰效果，很好地解决了当前ISRJ干扰面临的问题。

表3 多假目标群最大归一化幅度Table 3 Maximum normalized amplitude of multi-false targets group

表4 主假目标群内次假目标归一化幅度Table 4 Normalized amplitude of secondary-false targets in main-false targets group

4 结束语

本文通过对ISRJ的原理研究，分析了现有切片干扰多假目标分布均匀与次假目标衰减快的缺点，提出了一种基于间歇混沌采样灵巧干扰。通过Tent混沌序列控制采样时间窗和转发时间窗，产生非均匀多假目标群，通过灵巧噪声卷积调制大幅提高次假目标归一化幅度，最后通过与切片干扰和间歇采样随机转发干扰进行仿真对比实验。结果表明,该算法解决了传统切片干扰信号的缺点，更好地兼顾了压制干扰与欺骗干扰的效果，大幅增加雷达接收机对干扰信号参数估计的难度，使得雷达识别与抑制假目标的能力大幅下降，为电子战中的干扰机总体设计提供理论依据。本文下一步将对该种干扰生成算法的改进和工程实现进行深入研究。