对线性调频脉压雷达的灵巧噪声干扰样式研究∗

（91404部队 秦皇岛 066001）

1 引言

近年来，对脉冲压缩雷达灵巧噪声干扰技术的研究越来越广泛和深入。灵巧噪声干扰实际上是噪声干扰和欺骗性干扰的组合，其原理是利用数字储频技术，将全部或部分雷达脉冲采样存储，附以噪声或多普勒调制后转发，在雷达的实际目标回波前后丛生，幅度随机起伏，形成较好的压制和扰乱效果［1～2］。

通过分析线性调频信号脉压的原理可知，要想对敌方脉压雷达形成较强的干扰效果，干扰信号必须与雷达信号具有相位参考关系，这样干扰信号才能进入雷达的匹配滤波网络，否则无法产生干扰作用。通过DRFM复制目标雷达的发射脉冲产生干扰信号，保证了其中心频率与目标雷达的一致性，并且干扰波形与雷达信号具有相干性。对技术已然成熟的脉冲压缩雷达来说，即使其采用了脉内和脉间相干技术，干扰信号依然可以抵消被干扰对象的部分相干处理增益，使其无法正常工作［4～5］。

灵巧噪声干扰的目的是同时达成噪声干扰和欺骗干扰的效果，其前提是对雷达信号的精确测量，包括近似100%截获雷达脉冲，实时测量得到干扰对象的载频、重频调制特性以及脉内调制参数。灵巧噪声干扰的技术基础是数字频率存储技术，通过这种技术可以恢复雷达信号的脉冲调制特征。DRFM的输出信号虽然能够通过雷达的匹配滤波网络获得处理增益，但是或多或少存在时间延迟［6～7］。本文选取了一些典型的灵巧噪声干扰样式，包括丛伪目标复合干扰、延时叠加多假干扰、前端复制转发干扰和步进取样群集干扰等，并对这些干扰样式进行了原理分析和仿真研究。值得注意的是，考虑到干扰信号功率是衡量干扰影响的重要因素，且在干扰信号功率之比中方便计算，因此在文章中估算这种灵巧噪声干扰仿真的效果时，重点参考了干扰信号功率之比的标准。

2 移频丛伪复合干扰

基于频移的丛伪目标复合干扰，就是存储干扰器通过全脉冲（包括脉冲内调制信息）接收到的雷达发射信号，并在进行频移调制后进行复制和转发。雷达接收机接收到干扰信号后，它会在实际目标回波之前和之后通过雷达脉冲压缩处理形成许多错误的目标干扰信号，从而影响脉压雷达先检测后识别再跟踪目标。基于线性调频信号的距离--多普勒耦合这一特性，设计了频移丛伪目标复合干扰样式［8～10］。

设目标雷达的线性调频信号表达式为

其中，k为调频斜率，τ为脉冲宽度，f0为中心频率下限。

对该信号移频调制的干扰信号表示为

由于DRFM采样位数限制，干扰信号与回波信号的脉内调制斜率往往并不一致，二者之间存在误差Δk，转发生成的干扰信号可表示为

通过理论分析可知，对脉压雷达的欺骗干扰效果与调制斜率误差Δf直接相关，Δf值越小，移频处理之后的干扰信号欺骗效果越逼真，所以应该选择合适的移频量，这里选择Δf≤B/2，B为调制带宽。与此同时，假如欺骗干扰同一时间只能产生一个假目标，则很轻易就被雷达处理掉。为解决这一问题，可以采用同时发射多个叠加脉冲的丛伪目标复合干扰方法。如果干扰机产生的假目标数量足够多，就会对脉压雷达同时产生噪声干扰和欺骗干扰的效果。

下面给出丛伪目标复合干扰的仿真结果，假设脉压雷达的中心频率为9370MHz，脉冲宽度Tp=9μs。

1）选择脉冲叠加个数为10个，频率偏移量Δf=-1×106，调频斜率误差Δk=0，线性调频信号的脉冲压缩输出结果如图1所示。

图1 叠加10个脉冲的移频干扰

2）选择脉冲叠加个数为40个，频率偏移量Δf=-1×105，调频斜率误差Δk=0，线性调频信号的脉冲压缩输出结果如图2所示。

图2 叠加40个脉冲的移频干扰

3）选择脉冲叠加个数为40个，频率偏移量Δf=-1×105，调频斜率误差Δk=0.1k，线性调频信号的脉冲压缩输出结果如图3所示。

图3 叠加40个脉冲的移频干扰

以上仿真结果表明，附加频移的丛伪目标复合干扰具有良好的干扰效果。通过比较前后结果可以看出，多普勒频率偏移量越小，丛集目标复合干扰的效果越好，叠加脉冲数的多少直接影响干扰效果，脉冲数越多干扰效果越好。注意在此种干扰样式中，调制转发的干扰信号FM斜率应与雷达回波信号尽可能一致，以期获得更好的干扰效果。这就提升在设计干扰信号时，可以减小频移间隔用以增加虚假目标的密度，也可以通过改变频移的正负值，欺骗产生超前或滞后的丛集虚假目标。

3 延时叠加多假干扰

为使机载脉压雷达在跟踪目标时能够获得更多的处理增益，发射信号与接收信号相参且脉冲宽度比较高，仅靠噪声压制难以取得理想的效果。现代雷达的相参处理技术越来越强，传统转发式欺骗干扰产生的虚假目标数量较少，难以形成类似真实目标的欺骗效果。如果干扰机在处理时能够延迟N个采样周期、叠加产生多个相干脉冲，并在干扰脉冲中保留原始信号的调制信息，就会在雷达处理结果上附加产生大量具有扰乱作用的目标信号，对使用脉冲压缩信号的机载雷达有更好的干扰效果，尤其是对工作于脉冲多普勒模式的机载火控雷达而言，干扰非常有效［11～12］。

设脉冲压缩雷达的时域信号为s（t），经干扰机数字储频调制转发的干扰信号为J（t），延时时间用t0表示，这里取做采样周期的倍数，则干扰机发射的单个延迟干扰信号可表示为

设目标雷达的响应函数为h（t），雷达回波信号经匹配滤波后输出结果为

则干扰信号经匹配滤波处理后，其输出可用J0（t）表示为

通过不断转发、将许多单个延迟干扰信号在时域上叠加，就形成了对目标雷达而言难以分辨的多个延迟假目标干扰。机载脉压雷达能够同时测量目标的距离和速度，由单个延迟干扰产生的错误目标如此不真实，以至于雷达稍加处理就能识别和消除这种干扰。延迟叠加多假信号避免了单个延迟干扰虚假目标数目少、易识别的缺点，可以形成不同密度的虚假目标，能够抑制雷达探测到真实目标。

对线性FM信号的延迟叠加多假干扰进行了仿真分析，设雷达信号的中心频率为9370MHz，脉冲持续时间为10μs，FM带宽为11MHz，采样频率为201MHz。

当使用三种不同的延迟周期和叠加脉冲数的参数设置时，延迟叠加灵巧干扰的仿真图如图4所示。图4（a）被延迟了30个采样周期，60个叠加脉冲；图4（b）被延迟了10个采样周期和30个叠加脉冲；图4（c）延迟30个采样周期，10个叠加脉冲。

图4 延时叠加多假干扰仿真图

如果不加延迟叠加干扰，真实目标应该只有一个且出现在0时刻。而前面三幅图中，在真实目标之外还出现了多个与真实目标幅度相当的信号，在脉压雷达看来就是无法分辨的多个真实目标。通过延迟叠加不同个数的干扰脉冲，就形成了真实目标之后的密集存在的60个错误目标，30个错误目标和10个错误目标。当叠加的脉冲数和延迟间隔改变时，会出现密度和干扰变化的错误目标信号。

通过仿真可以看出，不同参数设置的延迟叠加多假干扰，延迟时间间隔越小，假目标与真目标的距离越接近。当干扰功率足够大时，增加叠加干扰脉冲的个数，能够获得更好的干扰效果。

4 前端复制转发干扰

还有一类转发干扰，利用了脉冲压缩雷达在一个脉冲处理周期内，必须接收完整个宽脉宽信号才开始处理的特点，干扰机仅在接收前端部分脉冲之后，即开始复制脉冲并快速连续转发，称之为前端复制转发干扰［13～14］。仅仅复制复转发还是不够，数字储频必须对前端信号完成必要的噪声调制，例如噪声调幅。调制噪声可以选择余弦波信号、三角波信号或白噪声，调制深度视前端调频带宽而定。因为数字储频转发的是前端部分脉冲，干扰释放的时间比较快，这样就能保证干扰信号在转发对象结束之前同步进入目标雷达接收机，破坏与目标匹配的雷达目标回波，进而获得扰乱跟踪的目的［15～16］。

为进一步说明干扰信号的差异，图5对前端复制、延迟转发的干扰信号与连续噪声调制信号进行了仿真例证。第一幅图为一个脉冲片段的连续复制，在该干扰信号存续周期内，原始信号的前四分之一被复制并延迟了四分之一脉冲宽度后发出。第二幅图是一个连续噪声调制信号。和之前的频移干扰和延迟重叠干扰相比，因为转发干扰复制的只是脉冲的前端片段，干扰信号与回波信号之间的延迟大大缩短，对数字储频存储容量的要求相对更小，处理速度可以更快，进而实现实时干扰敌方雷达。

图5 前端复制信号（a）和噪声信号（b）

脉冲压缩处理后的雷达回波和干扰信号输出如图6所示。左图是真实的雷达回波信号，右图是真实的雷达回波加三个假目标的干扰信号，假目标轻而易举被认出。

要想解决干扰产生的假目标不像的问题，就必须考虑在前端复制干扰施加的影响之外，附加调制一个周期性的调幅噪声。例如附加调制深度为15dB噪声调幅信号之后，其干扰效果如图7所示。

图6 前端复制转发干扰

图7 前端复制转发加调幅噪声干扰

通过仿真可以看出，真实目标回波信号本来应该出现在0位置处，再加上15dB的噪声幅度调制后，前端复制转发干扰完全淹没了真实目标回波，达到了有效干扰的目的。

5 步进取样群集干扰

步进取样群集干扰是前端复制转发干扰的进一步深化，具体来说就是在雷达脉冲存续时间内，对整个雷达脉冲波形以相等间隔进行采样，随后逐一延迟转发已采样的脉冲片段。在原始脉冲之内进行等间隔采样的目的，就是使转发的多个干扰信号与原始信号相位特征更加接近，更能形成群集欺骗的干扰效果。1/20PW等距采样干扰效果如图8所示，1/5PW等距采样干扰效果如图9所示。

图8 1/20PW等距采样干扰信号和形成的干扰效果

图9 1/5PW等距采样干扰信号和形成的干扰效果

比较图9的两张图片的目标回波，出现在真实目标附近的群集目标与真实目标回波比较相似，因此推断以相等间隔进行采样相比前端复制具有更好的灵巧干扰效果。分析1/20脉冲宽度等间隔采样和1/5脉冲宽度等间隔采样的仿真结果可以得出，脉内采样间隔越密集，转发干扰的延迟就越小，真假目标的间距就越小，但要注意假目标的回波能量此时就越低。因此干扰信号的采样间隔通常是距离与幅度两者的折中。在错误目标的位置周围还出现了较大的杂散，利用这一点可以增加增益，使其形成更多的假目标。

图10和图11是步进取样信号增益加倍时的干扰效果仿真图，假目标更像真目标，效果更好。

图10 1/20脉宽等间隔取样2倍增益和脉压后波形

图11 1/5脉宽等间隔取样2倍增益和脉压后波形

6 结语

本文根据线性调频脉压雷达发射脉冲较宽、频率调制、相参处理的信号特点，设计了不同属性的频移丛伪目标复合干扰、延时叠加多假干扰、前端复制转发干扰和步进取样群集干扰等灵巧干扰样式，对脉冲压缩雷达的模拟噪声干扰模式进行了仿真分析，并分别给出了每种样式的干扰效果图。这些干扰模式在跟踪模式下对脉冲压缩雷达具有良好的干扰效果。为了更好地达到以假乱真的目的，还可以通过将干扰添加到噪声中或将这些干扰样式合并使用，一定会产生更好的干扰效果。