一种对雷达射频掩护的干扰方法研究*

2020-05-08沈义龙王坤靳浩怀洋

现代防御技术 2020年1期

沈义龙，王坤，靳浩，怀洋

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳 471003)

0 引言

在与应答式及转发式有源干扰的对抗博弈过程中，为了提高抗干扰能力，雷达采用射频(radio frequency,RF)掩护的抗干扰方式[1-2]，取得了较好的对抗效果。其具体做法就是在雷达工作脉冲的前方或后方发射掩护脉冲，一般情况下，掩护脉冲与工作脉冲在频谱上错开，脉宽上有所差异或者完全一致，使得干扰机难以区分真实脉冲与掩护脉冲，发生误判，降低干扰效果甚至使干扰失效。尤其对于基于数字干扰合成技术的干扰机，在多数情况下都会发生频率引导错误，导致干扰无效。

针对这一新情况，本文提出了一种新的干扰策略，即干扰机利用其侦察的时间段对侦收到的信号进行判断，若发现雷达采用了射频掩护的抗干扰措施，则将掩护脉冲与工作脉冲看作是一个脉冲簇，对其实施干扰，由于工作脉冲与掩护脉冲在时间上是错开的，因此采用这种方式并不影响干扰对真实脉冲的功率分配，只是多占了一部分干扰机的时间资源[3-4]。

1 雷达射频掩护

1.1 雷达常用的射频掩护的类型

为了达到使干扰机引导错误的这一目的，雷达常用的射频掩护方式一般为前掩护的方式，具体可分为单掩护脉冲和双掩护脉冲，掩护脉冲与工作脉冲的工作频率及脉宽一般有所差异，实际中比较常见的射频掩护有以下几种，如图1所示。

图1 常用的射频掩护方式

掩护脉冲一般配置于工作脉冲的前方(单掩护模式)，为了增强迷惑性，亦可在工作脉冲前方配置2个掩护脉冲或者前、后方各配置1个掩护脉冲(双掩护模式)。另外掩护脉冲的工作频率以及脉冲宽度可以与工作脉冲相同或者不同，图1分别示意了雷达双掩护脉冲与单掩护脉冲的不同组合形式。其中，第1行为前后射频掩护，掩护脉冲与工作脉冲脉宽相同，频率各不相同；第2行为双前掩护脉冲，掩护脉冲与工作脉冲脉宽相同，频率各不相同；第3行为单前掩护脉冲，掩护脉冲与工作脉冲脉宽不同；第4行为单前掩护脉冲，掩护脉冲与工作脉冲脉宽相同，频率不同。

1.2 雷达射频掩护的对抗优势

在本节分析中，假设雷达按照图1中第4行所示的射频掩护方式工作。

当雷达不采用射频掩护时，其发射信号可表示为

(1)

式中:A为信号幅度；T为脉冲宽度；μ为调频斜率。

当采用射频掩护时，假设采用前掩护，掩护脉冲信号与工作脉冲信号具有相同的脉内调制特性，脉宽相同，频率与工作脉冲频差为Δf，时间间隔为Δt，掩护脉冲可表示为

(2)

采用掩护脉冲时，发射信号可表示为

sRc(t)=s′(t)+s(t-Δt).

(3)

当干扰机采用宽带噪声干扰时，雷达是否采用射频掩护最终的干扰效果一致；当干扰机采用窄带噪声干扰时，雷达采用射频掩护就可能使干扰机发生引导错误,使得干扰无效或者迫使干扰机使用较宽频带的噪声,从而降低有效干扰功率，进而削弱干扰效果。

当干扰机采用欺骗干扰时，雷达使用射频掩护的抗干扰模式时，对于现阶段广泛运用的收发分时类的干扰机，一般采用下降沿触发的干扰方式[5-7]。当干扰机侦收到前掩护脉冲的下降沿时触发干扰，以掩护脉冲为目标进行干扰，即发生引导错误，而当工作脉冲到来时，干扰机正处于干扰发射状态，无法对工作脉冲实施干扰，从而导致干扰无效[8-10]。图2所示即为上述情况下，干扰机的收发时序与雷达射频掩护时序的对应关系。

图2 雷达射频掩护时序与对应的干扰机收发时序

从图2可以明显看出，干扰机在接收到前掩护脉冲后，以前掩护脉冲为样本，立即触发干扰，干扰信号载频为f1；而当雷达载频为f0的工作脉冲到达干扰机时，干扰机正处于发射状态，无法对雷达工作脉冲有效侦收，从而无法实施有效的干扰。

2 干扰方法

2.1 常用的应对措施及其分析

通过第1部分的分析可知，雷达在采用射频掩护的抗干扰措施时，干扰效果削弱甚至无效的主要原因是干扰机没有正确识别射频掩护脉冲与工作脉冲。针对这一情况，目前有2种较为常见的处理方法：

方法1为采用噪声干扰，即采用能够覆盖掩护脉冲频率及工作脉冲频率的宽带噪声或者窄带噪声，实现对雷达射频掩护的干扰。噪声干扰的方式干扰信号能量利用率低，干扰效益较低，尤其对于相参体制的雷达，干扰效果急剧下降。

方法2为采用数字射频存储技术，增加脉冲存储的深度[11]，使得存储时间长度不小于掩护脉冲及工作脉冲的总时长之和。将这种情况下存储的全部信号(包括射频掩护信号)作为样本，进行欺骗干扰调制；接收时间到后转入干扰，干扰过程中同时(叠加)输出对各接收脉冲的干扰信号，从而实现对雷达射频掩护的有效干扰。该方法的干扰时序如图3所示。

图3 增加存储深度后的干扰时序

该方法通过增加脉冲存储的深度，能够保证对工作脉冲实现干扰，但当雷达采用的工作脉冲与前掩护脉冲之间间隔时间较长时，产生的欺骗干扰信号经雷达信号处理之后将远远落后与目标回波信号，非常容易被雷达操作手识别。按照本文所述的射频掩护方式，其干扰的表达式为

Jam(t)=sRc[t-(2T+Δt)],

(4)

式中:T为脉冲宽度。不难看出，干扰延迟时间为(2T+Δt)，当延迟时间较长时，干扰将远远滞后于目标。

针对这一情况，一个较为简易的改进措施即为跨周期干扰[12-14]：干扰机在侦收到全部信号后，暂不发送干扰，等待雷达的下一个工作周期再释放干扰，这样便可灵活控制干扰信号与回波信号之间的时序关系，从而使得操作手无法判别，达到欺骗干扰的目的，其表达式为

Jam′(t)=sRc(t-PRT-Δt′),

(5)

式中:PRT为脉冲重复周期;Δt′为可控的时间延迟，通过调整，可以控制干扰与目标回波的时间关系，甚至达到干扰超前目标回波的效果，使得操作手难以区分目标与干扰，达到干扰的目的。但是，这种方式无法适应频率捷变。

2.2 基于脉冲簇判断的干扰方法及其分析

根据2.1节的分析可知，现行的针对射频掩护的干扰措施均存在一定的不足。本文提出了基于脉冲簇判断的干扰方法，采用直接数字合成技术，能够有效解决上述2种方法中的不足。

在干扰机侦侦收阶段，添加一个简单的逻辑判断链路，即通过信号侦察，将间隔较小的脉冲串联起来作为一个脉冲簇，通过信号的分选识别，得到该脉冲簇的信号特征，具体包括该簇脉冲中各个脉冲的信号状态字及各个脉冲的时间关系，将该脉冲簇的信息作为一个整体干扰对象。在内存中开辟一段空间存储威胁库，将上述脉冲簇的特征添加至威胁库。

在干扰阶段，当干扰机侦收到脉冲簇信号时，首先通过部分特征(如起始脉冲的频率)与威胁库匹配，若匹配失败，则将当前脉冲簇信息添加至威胁库；若匹配成功，立即转入干扰，干扰机根据威胁库中的信息，直接产生相应的干扰信号。图4为脉冲簇干扰方法及干扰时序示意图。

通过威胁识别与库匹配的手段，能够快速生成干扰信号，克服了干扰信号滞后时间长的不足，能够适应雷达工作脉冲与前掩护脉冲时间间隔较长的情况，使得雷达操作手难以区分目标回波与干扰，实现对对雷达射频掩护的有效干扰。

对于射频掩护加频率捷变的抗干扰方式，由于干扰机不断地将脉冲簇信号特征添加至威胁库的原因，在干扰机瞬时带宽及干扰通道允许的条件下，仍具有一定的适应性。

3 仿真及实验情况

本节主要对第2节提到的干扰方法进行仿真[15]，直观地给出其干扰效果。仿真中假设雷达采用前射频掩护的模式，掩护脉冲与工作脉冲工作频率分布为3.0 GHz，3.1 GHz，脉宽均为50 μs，重复周期为3 ms，间隔为22 μs。仿真结果中，图5为雷达射频掩护信号的特征，其中a)，c)为发射信号的时域及频域特征，b)，d)为接收信号中频经脉冲压缩后的信号特征。从中不难看出雷达仅对3.1 GHz的工作脉冲进行匹配滤波处理，对于掩护脉冲不作处理。

图6为不同干扰样式的干扰效果图。其中，图6a)为未采取改进前，干扰机按照下降沿触发的原则释放干扰，在本例中，干扰机收到前掩护脉冲的下降沿即触发干扰，最终使得干扰以掩护脉冲为对象进行干扰，发生干扰引导错误，最终干扰无效。图6 a)上半部分表明，在时域上，接收信号经脉压后，仅在目标位置处有一个峰值，而干扰则没有任何峰值，干扰无效；图6 a)下半部分表明，在频域上，工作脉冲的3.1 GHz附近没有干扰信号。时、频域均表明，干扰无效。

图5 射频掩护信号特征

图6b)为采用本文提到的方式2应对方式时的干扰效果。干扰机通过增加数据存储深度，待将掩护脉冲与工作脉冲全部接收完成后，再共进行调制转发，生成最终的干扰信号。这种做法将掩护脉冲与工作脉冲同时干扰，在原理上可以保证工作工作脉冲受到干扰，但是干扰发出的时间不小于“掩护脉冲宽度+脉冲间隔+工作脉冲宽度”，在本例中为122 μs(50 μs+22 μs+50 μs)，这种时间长度，将导致距离最近的干扰信号回波滞后于目标回波18.3 km，干扰很容易被操作手识别，因此虽然有干扰，但是该方式不可取。图6 a)上半部分表明，在时域上，干扰滞后目标较多；下半部分则表明，在频域上干扰的真实存在。

图6 干扰仿真

图6c)为针对图6 b)所采用的方式2的一种改进策略，即在该方式的基础上采用跨周期的干扰策略，通过对雷达工作周期的准确测量，改变干扰在时域上的出现位置，实现干扰与目标出现位置一致，甚至部分超前的情况，如图6 c)的上半部分。但是采用跨周期干扰的方式无法适应频率捷变，即雷达在射频掩护的抗干扰的基础上叠加上频率捷变的抗干扰措施，则该方式干扰无效。

图6d)为采用本文提到的方式3应对方式时的干扰效果。干扰机在脉冲簇的识别与库匹配之后，按照库里的信号参数，通过直接数字信号生成，经调制后形成干扰信号。干扰信号的滞后时间由脉冲簇识别与库匹配的时间决定。在当前的技术水平下，识别与匹配的总时间可以控制在微秒量级，干扰信号可以较快发出，干扰滞后较少，不易被识别。具有一定的适应频率捷变信号的能力。从图中的时、频域分析可知，干扰信号滞后时间较短，干扰有效。