信号失配对密集假目标干扰效果影响分析

2020-04-13贺方君刘学龙费曰振

航天电子对抗 2020年1期

贺方君，刘学龙，王鹏，费曰振，李宇

（中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳471000）

0 引言

密集假目标干扰技术是远距离支援干扰中的重要方法，是为了在有限干扰功率的基础上，利用假目标干扰技术扩大雷达的压制距离。然而，雷达干扰作战中，经常会出现干扰机采集到的雷达信号难以与雷达信号相匹配，因此，有必要研究信号失配情况下的密集假目标干扰效果，为雷达对抗训练中的密集假目标干扰效果评估提供依据。

1 密集假目标干扰机理分析

密集假目标干扰的基本思路是：1）采用与雷达信号相同的干扰信号，以使干扰信号与雷达接收机良好匹配，使干扰获取雷达脉压措施等信号处理增益；2）采用多个周期与雷达信号同步的信号，获取雷达的积累增益，并避免雷达抗异步干扰电路对干扰信号的滤除；3）在能量上满足雷达检测需求，同时控制假目标密度，防止雷达恒虚警（CFAR）对干扰信号的滤除。通过上述技术途径，在雷达终端形成大量的干扰假目标，达到掩盖、扰乱真实目标的目的[1]。

密集假目标干扰信号产生的原理如图1所示，是在宽带数字射频存储技术的基础上，通过硬件数字信号处理技术对接收到的雷达发射信号进行高速的多抽头数字延时，以形成相参的高密度假目标信号。

图1 密集假目标干扰信号原理框图

当假目标干扰系统接收到雷达发射的信号以后，先将其输入低通滤波器以滤除无用的信号；然后进行多比特A/D量化产生数字信号；将数据分路后送给数据运算器（DSP）；数据运算器完成对采样数据的多抽头数字延时相加并将数据存于随机存储器RAM中。其后，数据合路器将运算后的数据还原为高速数字流；D/A将数字信号还原为模拟信号；输出低通滤波器滤除时钟杂散和高次谐波信号并输出；时序控制器用于控制各部分的时钟及同步关系。

2 中心频率失配对干扰效果的影响分析

干扰机要达到对雷达的有效干扰，首先要使干扰信号的频率与雷达信号的频率一致，才能使得干扰信号进入雷达接收机，起到干扰雷达的作用[2]。在现代电子战中，变频抗干扰是雷达的一项主要抗干扰技术，当雷达干扰机无法做到跟踪雷达载频快速变频时，必然会存在载频失配问题。当干扰机发射的假目标信号与雷达载频失配时，根据雷达接收机带通滤波特性，假目标幅度减小。

设雷达接收机的高频和中频部分总的通频带BRI取为最佳带宽Bopt，考虑到回波信号频率的漂移，带宽增加一个定值Δfx，所以有：

式中，Δfx对有自动频率控制的接收机通常取剩余失谐的2倍，其值一般为0.1～0.5 MHz。

假设雷达的发射信号线性调频带宽是1 MHz，雷达接收机带宽为1.2 MHz，雷达中频为10 MHz，假目标干扰信号中心频率偏移雷达信号中心频率Δfj，则假目标信号经巴特渥斯滤波器后，能量衰减情况如图2所示，当假目标载频偏离雷达中心频率5 MHz时，经滤波后，假目标幅度衰减25 dB，偏离10 MHz时，衰减37 dB。

图2 假目标干扰信号经巴特渥斯滤波器能量衰减图

通过以上分析可知，假目标干扰信号与雷达中心频率的偏差，会影响雷达接收多假目标干扰信号的幅度，假目标信号经滤波后会有较大能量损失，从而降低了多假目标的干扰效果。根据雷达检测特性，假目标能量的损失将表现在雷达检测到假目标概率的降低，最终体现在雷达屏幕上假目标点迹减少。由于雷达的接收机灵敏度高，如果假目标干扰的功率足够大，则在载频失配情况下，仍会对雷达形成一定干扰效果[3]。

频率失配对干扰效果的影响如图3所示，图3(a)为干扰信号与雷达中心频率对准时的干扰效果，图3(b)为干扰信号与雷达中心频率偏差5 MHz时的干扰效果，图3(c)为干扰信号与雷达中心频率偏差10 MHz时的干扰效果。

图3 密集假目标干扰信号与雷达频率失配时干扰效果

3 脉宽、带宽失配对干扰效果的影响分析

由雷达的信号处理过程可以知道，雷达信号的时宽带宽积是一定的，即信号处理后信号的压缩比是一定的，只有在匹配滤波时才能得到最大信噪比。实际作战中，敌方雷达的信息是未知的，干扰机往往无法得到对雷达信号的良好采样，干扰信号在脉冲宽度和带宽上与雷达信号会存在差别，差别的大小将影响其对雷达的干扰效果[4]。

3.1 脉宽失配分析

假设干扰机侦收到雷达的线性调频信号脉冲宽度为35 μs，调频带宽为7 MHz，干扰机假目标采样与雷达完全匹配，并转发对雷达实施假目标干扰，假设雷达接收到的假目标干扰信号的幅度为1 V，雷达系统噪声的幅度为0.1 V，线性调频信号＋噪声的脉冲压缩（匹配滤波）仿真图如图4所示，由匹配滤波的原理可知当信号匹配滤波时可得到最大信噪比，此时信噪比为19 dB。

图4 匹配滤波时的脉冲压缩图

但实际作战中，当雷达干扰机侦到的雷达信号较弱时，干扰机采样信号将与雷达在脉宽上失配，假设干扰机只能侦收到一半脉宽就进行假目标干扰，此时雷达接收到假目标干扰信号的幅度为1 V，此时的假目标信号经过雷达接收机及脉冲压缩的仿真效果如图5所示。

图5 半脉宽时滤波的脉冲压缩图

从图5的左半部分可以看出，脉宽不匹配时，经滤波处理后，表现出2个特征，一是脉压后的信号幅度是匹配滤波时的一半，此时信噪比为16.1 dB，信噪比与匹配滤波时相比降低了2.9 dB；二是滤波输出的信号被展宽，且信号两边出现的副瓣明显高于脉宽匹配时输出波形。

图6是干扰机假目标采样信号与雷达信号不同脉冲宽度失配条件下，雷达接收到假目标信号的脉冲压缩效果图。可以看出脉冲压缩后的信号幅度与干扰机假目标干扰信号脉冲宽度匹配程度成正比。

图6 不同脉冲宽度滤波输出信号幅度图

通过以上的分析可知，当假目标干扰信号与雷达信号在脉宽上失配时，经雷达接收机匹配滤波处理后，假目标幅度将明显小于脉宽匹配条件下的幅度，假目标信噪比降低，所以假目标干扰效果表现出进入雷达接收机的假目标点迹数量减少。但是，如果雷达检测门限过低，假目标两边的副瓣信号也会通过雷达检测门限，则在雷达上会表现为假目标数量比匹配时更多。

图7是某雷达以脉宽64 μs工作时，干扰机分别以64 μs、16 μs脉宽实施假目标干扰的图像，图 7（a）是干扰机发射64 μs脉宽干扰信号的图像，此时为脉宽匹配干扰；图7（b）是干扰机发射16 μs脉宽干扰信号的图像，脉宽失配。可以看出，在脉宽失配的情况下，假目标信噪比有了明显降低，表现为假目标点数变少。

图7 干扰信号脉宽与雷达失配时的干扰效果

3.2 带宽失配分析

当雷达干扰机不能实现对雷达信号的良好采样时，不仅存在脉宽上的失配，同时也会存在调制信号带宽上的失配。

雷达工作带宽与假目标干扰信号带宽示意图如图8所示。

图8 干扰信号带宽与雷达信号带宽偏差图

图8中的雷达工作带宽是固定的，且为7 MHz，如果干扰机侦收到的雷达信号较弱，则干扰机假目标采样信号与雷达信号失配，调制带宽为6 MHz，干扰机发射一个调制带宽为6 MHz干扰信号。

设干扰信号与雷达工作频率中心一致，当干扰机侦收雷达信号太小或太强时，干扰机发射的假目标信号调频带宽分别为6 MHz和10 MHz，脉冲宽度均为35 μs，经雷达接收机接收并放大后干扰信号的幅度为1 V。雷达工作带宽为7 MHz（即信号带宽），脉宽为35 μs，系统噪声幅度为0.1 V，干扰信号经过雷达接收机滤波及信号处理脉压后的仿真图如图9～11所示[5]。

图9是与雷达信号相匹配的假目标干扰信号加噪声脉压效果图，信噪比为19 dB。图10是调频带宽为6 MHz假目标信号失配滤波输出，信噪比为12.8 dB。图11是调频带宽为10 MHz假目标信号失配滤波输出，信噪比为11.5 dB。调频带宽为6 MHz的假目标信号脉压后信噪比较匹配滤波降低了6.2 dB，调频带宽为10 MHz的假目标信号脉压后信噪比较匹配滤波降低了7.5 dB，因此可以看出，带宽失配越大，脉压的损失也越大，同时脉宽展宽。

图12是不同带宽的干扰信号经过雷达接收机及信号处理脉冲压缩后的输出损失图。可以看出不同带宽的干扰信号脉冲压缩后的信号损失在偏离雷达工作带宽1.2 MHz内的变化比较明显，达到了8 dB；当干扰信号偏离雷达工作带宽4 MHz时，达到9.3 dB。

图13是某雷达以调频带宽5 MHz工作时，干扰机分别以5 MHz、1 MHz的调制信号脉宽实施假目标干扰的P显图像。图13（a）是干扰机发射5 MHz调制脉宽干扰信号的图像，此时为脉宽匹配干扰。图13（b）是干扰机发射1 MHz调制带宽干扰信号的图像，带宽失配。可以看出，在带宽失配的情况下，假目标信噪比有了明显降低，表现为假目标点迹数量变少，与仿真结果相符。