一种复杂波形雷达抗DRFM示样脉冲干扰技术研究

关明江，宋顺富，严厚伟

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

随着雷达技术的发展，雷达干扰和抗干扰技术也随之不断进步。数字射频存储器(DRFM)欺骗式干扰是雷达面临的主要威胁之一，与DRFM欺骗式干扰对应的抗干扰措施的应用决定着雷达对目标进行定位和跟踪的准确性，如何有效提高雷达抗DRFM干扰效果将是我们今后长期研究的对象之一。

对雷达而言，射频信号经过雷达天线接收后，再通过收发隔离开关将信号送至接收机保护器，然后经过低噪声放大器再送到混频器与本振信号混频，变为中频信号。中频信号再由多级中频放大器进行放大和匹配滤波[1]，最终通过检波器和视频放大器把信号送至终端设备。

1 常用雷达有源干扰方式

有源干扰根据其作用效果可以分为有源压制干扰和有源欺骗干扰。

有源压制干扰通过发射大功率调制噪声在速度、距离或图像域达到遮盖回波目标的效果，从而降低真实目标的发现概率，影响雷达正常工作[2]。有源压制干扰的实现较为简单，可以同时干扰目标地区的多部雷达，缺点是对干扰机的功率要求较高。

有源欺骗干扰主要是转发式干扰，因干扰信号频率在雷达接收带宽内，所以干扰信号也会通过雷达接收机获得增益，因此有源欺骗干扰能够通过较小的干扰功率而获得较好的干扰效果。对雷达来说，有源欺骗干扰能获得较大的增益，较容易掩盖雷达探测的真实目标；其次，有源欺骗干扰在调用存储信号时可进行时域、频域、相位、幅度上的调制[3]，这样能更好地掩护真实目标并增加雷达资源消耗，具有较好的干扰效果。DRFM干扰即有源欺骗干扰，是一种相干干扰，它是雷达有源干扰的重要组成部分。

2 DRFM基本原理和DRFM方式

DRFM作为一种转发干扰，各种DRFM方式有不同的工作特点，适用于不同的干扰场合。

2.1 DRFM基本原理

DRFM的基本原理为奈奎斯特采样定理，即：用频率大于或等于2倍信号频率的信号进行采样，则采样后的信号通过理想低通滤波器后能够恢复原信号，即满足采样定理的信号采样后样本包含了信号的完整信息。

DRFM系统的组成包括：模/数和数/模转换模块，其中采样频率应满足采样定理条件；存储单元，存储模/数量化后的信号数据；串并转换单元是把模/数转换后的高速串行数据变为低速并行数据,以便给现场可编程门阵列(FPGA)处理；并/串转换单元是把从存储单元读取的并行数据变为串行数据给数/模转换器使用；存储单元存储模/数转换后的数字信号；干扰产生单元是把从存储单元读取的数据经过调制产生各种需要的数据。DRFM系统组成如图1所示。

图1 DRFM系统组成

2.2 DRFM方式及特点

常用的DRFM方式有：全脉冲方式、示样脉冲方式、间歇采样方式和慢刷新率方式。全脉冲方式是对输入的整个脉冲信号都存储处理，转发的干扰信号和输入信号几乎完全一致；但由于存储速度慢，很难存储大脉宽的雷达信号。示样脉冲方式并不完全存储整个脉冲信号，只存储脉冲信号的一部分，一般是从信号的脉冲前沿开始存储，只存储部分脉冲信号后就进行转发，存储速度快；但因为只存储了部分信号，所以转发后的信号和原信号有明显差异。间歇采样方式在单个脉冲内对信号进行多次间断采样后存储，干扰时转发。慢刷新率方式是一种在一个脉冲重复周期存储数据，干扰时其余脉冲周期都可反复利用这个存储数据的存储方式，它存储的数据可以重复利用，从而降低了需要处理的数据量，慢刷新率方式适用于脉间非捷变的雷达信号。

干扰机分为收发同时和收发分时2种工作模式。收发同时工作模式的干扰机反应速度快，但对天线隔离度要求较高，而提高天线收发隔离度受到多种因素的制约。因此，常见的干扰机大多采用收发分时体制模式。本文主要针对收发分时体制的干扰机进行研究。因为几种DRFM方式的时序原理类似，而示样脉冲方式是应用最广泛的DRFM方式，所以这里以示样脉冲方式为例，给出写入和读出的时序图，如图2所示。

图2 DRFM示样脉冲方式写入和读出时序

DRFM干扰与雷达脉冲信号有相同的频率、幅度和相位信息，是一种相干干扰，DRFM干扰频率恢复精度高，能够精确到Hz量级，随着技术的发展，DRFM反应时间也越来越快，能达到百ns级。同时DRFM能产生多样化的干扰样式，可以实现距离波门拖引干扰、速度波门拖引干扰、单个目标的距离假目标干扰以及多个假目标干扰等，还能产生灵巧干扰样式等。

因此，DRFM干扰已经成为对抗雷达特别是相参雷达的重要方法，是雷达有源干扰的重要组成。

3 复杂波形雷达抗DRFM示样脉冲存储干扰

雷达面对DRFM技术的日益进步和发展，需要不断提高自身的抗干扰能力来面对日益严峻的电磁干扰形式。复杂雷达波形即一种有效的对抗DRFM干扰的雷达波形设计方法。复杂雷达波形设计是设计具有较大瞬时带宽特点的雷达信号，这种雷达信号可在脉内进行调制或组合，它的一个脉宽可以分成多个子脉冲，每个子脉冲采用一种编码方式，每种编码方式对应一种调制方式，可以是线性调频信号、二相巴克码信号或四相编码信号等，而且每种信号形式可以通过调整参数而变化[4]，如图3所示。

图3 复杂波形脉冲信号

如果雷达发射信号采用图3的样式，则在雷达接收端可通过多种接收模式选择需要的子脉冲，对应也可以设置1路或多路需要的匹配滤波器，这样可以极大地增大雷达干扰的难度和复杂度。同时，对于雷达发射脉冲是脉内频率编码信号，且频率调制范围足够大的情况，侦察接收机需要匹配相应的带宽才能侦察到雷达发射脉冲内的所有频率的信号。如果脉内编码频率超出侦察接收机的带宽，则侦察接收机无法完全侦察到雷达发射脉冲内的所有信息，这样雷达便不容易被干扰，更容易探测到真实目标。

4 接收信号模型及匹配滤波器设计

假设雷达的单个发射脉冲重复周期包含2个子脉冲信号，分别为x1(t)和x2(t)，在雷达接收端通过设置匹配滤波器获得有用信号来进行脉冲压缩以便消除干扰。一般情况下,干扰机为了截获雷达脉冲信号并快速处理后转发，通常不会存储转发整个雷达脉冲信号，只会采用存储转发部分信号的示样脉冲存储干扰方式，一般是从脉冲信号的上升沿开始存储[5]。

通过以上分析可知，干扰脉冲信号的表达式为：

(1)

忽略噪声影响，以简化推导过程，则接收信号可表示为：

(2)

接收端匹配滤波器为：

(3)

雷达接收信号经匹配滤波器后输出：

(4)

式中：前面项为真实目标回波经过匹配滤波器后的输出结果；后面项为干扰相关项的匹配滤波输出结果。

因为每一个子脉冲采用一种编码方式，而每种编码方式对应一种信号模式，从而导致干扰项未能匹配而被抑制，所以能有效屏蔽干扰，提升雷达对真实目标的发现概率。

5 仿真及性能分析

设雷达发射信号参数为:每个脉冲重复周期包含2个子脉冲，信号带宽为 20 MHz，脉冲宽度为60 μs，起始频率为100 MHz，脉冲重复周期为350 μs。第1个子脉冲的脉冲信号采用正斜率的线性调频信号，第2个子脉冲的脉冲信号采用负斜率的线性调频信号。假设在 10 km处有一个真实目标，干扰机采用收发分时体制的DRFM示样脉冲存储方式。从脉冲上升沿开始存储，存储时宽30 μs，分别在延迟40 μs，80 μs，120 μs，160 μs产生4 个假目标。第2个子脉冲经过匹配滤波器的输出如图4所示。

图4 复杂波形抗DRFM示样脉冲存储干扰后匹配滤波输出

由图4可知，假如雷达发射脉冲为每个脉宽内包含2个不同信号形式的子脉冲，示样脉冲方式只把部分截获的雷达信号进行存储转发，并且一般是从脉冲前沿开始存储转发；因此，雷达可以通过第2个脉冲信号来正确探测目标，而第1个脉冲信号则被抑制。

6 结束语

因为DRFM干扰对雷达系统有较强的干扰性，本文对收发分时体制的DRFM干扰机提出了一种复杂雷达波形信号发射样式，此样式能有效对抗DRFM示样脉冲干扰。本文虽然只对两脉冲线性调频信号的雷达发射信号进行了研究，但可以通过灵活设计发射脉冲信号(比如脉冲数目大于2个的多脉冲信号，每个脉冲采用不同的调制形式)，接收时也可灵活选择接收脉冲，加大了对抗难度，提高了雷达发现目标的能力，是雷达对抗DRFM示样干扰的有效方法。