雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机之间的异同对比

石 荣 张 礼

(电子信息控制重点实验室 成都 610036)

0 引言

雷达目标回波模拟器主要应用于模拟产生各种目标反射的雷达回波信号，该信号在经过被测雷达接收处理之后，在雷达终端显示器上输出各种预设目标的点迹、航迹、甚至是图像，通过输出信息的精度、逼真度等信息的比对，即可在雷达设备出厂和外场试验之前在室内就能够完成雷达对目标探测的部分功能与性能的测试评估。由此可见，雷达目标回波模拟器作为一款配套检测性产品在雷达的研制、生产、调试、检验与试验过程中发挥了极其重要的作用[1-3]。

雷达欺骗干扰机是雷达对抗中常用的电子攻击设备，它能够模拟产生各种目标反射的雷达回波信号，这些信号在被雷达接收处理之后，同样会在雷达终端显示器上输出各种预设欺骗性目标的点迹、航迹、甚至是图像[4-6]。如果仅从被试雷达输出的信息来看，雷达欺骗干扰机对雷达的作用效果与雷达目标回波模拟器对雷达的作用效果是极其相似的。正因为如此，将雷达目标回波模拟器用于雷达对抗中的欺骗干扰作为一个自然延伸的应用性扩展，成为雷达与电子战领域中时常探讨的话题，在部分雷达目标回波模拟器的研制过程中也的确将假目标干扰作为其附带功能之一进行设计与研发[3,7,8]。

本文针对能否将雷达目标回波模拟器用于对雷达实施欺骗干扰这一问题进行了全面的分析，对二者的互换使用进行了对比性研究。在分别对雷达目标回波模拟器和雷达欺骗干扰机的模块组成、工作原理与主要功能简要介绍的基础上，对二者之间的差异进行了逐项对比，与此同时对二者之间的相似性也进行了归纳总结，反映出在模块组成和功能实现上雷达目标回波模拟器只是雷达欺骗干扰机中的一个部分而已，雷达欺骗干扰机相对于雷达目标回波模拟器来讲，组成更加复杂，除目标回波信号产生之外，还有雷达信号侦察引导、干扰策略优化、干扰资源调度等更多的功能。所以雷达欺骗干扰机在经过改装之后可以作为雷达目标回波模拟器来使用，反之雷达目标模拟器需要加装功能模块才能具备更强的雷达欺骗能力。详细阐述如下。

1 雷达目标回波模拟器的组成与功能

实际上，雷达目标回波模拟器与雷达杂波模拟器、噪声产生器等部件一起共同构成了一个完整的雷达回波模拟系统，该系统又被称之为雷达回波模拟器，如图1所示。

图1 雷达回波模拟器的组成框图

根据不同的分类准则，雷达目标回波模拟器可划分为不同的类型。按模拟对象的层次不同可分为：点迹级，航迹级和图像级的回波信号模拟。上述三类不同级别的模拟器对信号参数输入和模拟控制时序的要求也各不相同。按输出信号的不同形式也可分为三类：射频信号模拟器，中频信号模拟器和基带I/Q视频信号模拟器。虽然这三类模拟器都可以作为注入式模拟器使用，但只有射频信号模拟器可作为辐射式模拟器使用，而且该类模拟器最复杂，基本包含了中频和视频模拟器的绝大部分功能。以雷达目标回波射频模拟器为例，其功能模块组成如图2所示。在图2中从上变频入口处功分一路信号，同样可以提供雷达目标回波中频信号的模拟输出。

图2 雷达目标回波射频模拟器的组成框图

由图2可见，雷达目标回波射频模拟器可根据输入的被试雷达的信号参数与反映其内部状态的参数，在同步与控制信号的辅助下近实时地产生模拟目标的回波射频或中频信号注入到雷达接收机的相应接口中，在实验室条件下对雷达系统进行调试、测试与评估，甚至可以对雷达操作员进行实际的模拟训练。

实际上，雷达目标回波可以看成是雷达发射的信号波形经过时间延迟和多普勒平移之后的拷贝，当然还需要根据雷达天线波束位置与形状，以及被模拟的目标的散射特性等要素来控制波形幅度的变化。通常在雷达目标回波模拟器中采用直接数字式频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)来实时地产生信号，因为DDS具有频率分辨率高、输出频点多，频率切换速度快，而且频率切换时相位连续，输出相位噪声低，可产生任意波形等优点，所以在波形合成等应用中广泛应用。在工程实际应用中各种FPGA也提供了可以配置的IP-core用于DDS的快速开发与应用；另一方面，在部分实时性要求不高的模拟应用中，也可以由软件事先计算好回波信号的波形并下发到存储器中，然后通过波形回放方式生成模拟目标的回波信号。

当然上述雷达目标回波信号的产生都依赖各种目标回波数学模型，这些模型对不同材质、不同几何形状、不同运动参数的目标在不同频率、不同调制方式、甚至不同极化的脉冲信号作用下的反射特性进行了精细化的数学描述，从而使得模拟产生的回波信号具有更强的逼真性。

2 雷达欺骗干扰机的组成与功能

雷达欺骗干扰机是用于对雷达实施欺骗干扰，在雷达接收机中形成假目标的设备，通常情况下一部雷达欺骗干扰机同时也具备对雷达实施压制干扰的功能。雷达欺骗干扰机从接收射频雷达信号到发出欺骗性干扰信号主要分为三大部分，分别是：侦察引导部分、干扰信号波形合成部分与干扰发射部分。其主要功能模块组成如图3所示。

图3 雷达欺骗干扰机的组成框图

由图3可见，侦察部分主要由射频接收天线、LNA低噪声放大器、下变频器、ADC模数转换器与信号参数分析模块等组成，主要完成雷达信号的参数测量与状态估计。干扰信号波形合成部分主要由数字射频存储器DRFM(Digital Radio Frequency Memory)，DDS，波形计算部件，干扰时序控制与资源分配，以及波形综合与DAC数模转换器等组成，主要根据侦察结果合成假目标回波的中频信号。干扰发射部分主要由上变频器、功放与干扰发射天线组成，用于将合成的中频假目标回波信号搬移到射频，在功率放大之后对雷达天线进行辐射，将欺骗性目标回波信号无线注入到雷达接收机中，以达到产生欺骗性假目标的干扰效果。这些欺骗性假目标的回波信号的产生同样是依赖各种目标回波数学模型，这些模型与雷达目标回波模拟器所采用的模型大多相同。欺骗性假目标的回波信号作用于雷达之后，同样会在雷达终端显示器上产生预设目标的点迹、航迹、甚至是图像，如果仅从雷达终端的信息展现效果上讲，雷达欺骗干扰机与雷达目标回波模拟器的确是非常相似的。

3 二者之间的主要差异

从前面对雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机的组成与功能介绍中大家已经发现了二者在组成上的一些差异，实际上二者之间最大的本质性差异是它们与雷达之间的关系不同。概要来讲，雷达目标回波模拟器是服务于雷达，用于配合雷达完成各种测试与检测，帮助雷达提升其性能的设备，与雷达之间是合作关系；而雷达欺骗干扰机是用于干扰雷达和打击雷达，使雷达丧失其正常功能与探测能力的设备，与雷达之间是非合作的对抗关系。正是这一本质性差异导致了二者在设计思想、设备组成、功能性能与作战使用等方面的一系列不同，主要体现为：

1)合成信号的参数来源不同。

二者合成信号与正常工作的前提就是要获知被试雷达的信号参数与工作状态，包括：雷达脉冲信号的发送时刻、载频、脉宽、脉内调制、脉冲重复间隔、以及天线波束指向和工作模式等参数，然后根据上述参数进行输出信号的计算与合成。

对于雷达目标回波模拟器来讲，由于其与雷达之间是合作关系，上述所有参数通常由被试雷达通过各种数据线提前发送与主动告知，而且所有参数是没有任何误差的精确值。甚至是被试雷达系统中各个分机的内部信号，例如：频综分机的同步定时信号，管理控制分机发送的工作模式切换控制信号，波束切换控制信号等，都可以通过引线方式直接桥接到雷达目标回波模拟器中为其提供精准的同步定时触发和被试雷达的状态指示。但是对于雷达欺骗干扰机来讲，由于其与雷达之间是对抗关系，上述所有参数全部需要雷达侦察引导模块来实时测量，在这一过程中不仅存在着各种测量误差，而且部分关于雷达的内部状态参数无法直接测量获得，例如相控阵雷达天线的波束指向角，对于干扰方来讲就难以直接测量。

由上述对比可见，在整个工作过程中雷达目标回波模拟器掌握的是一个雷达工作参数的精确全集；而雷达欺骗干扰机使用的是一个带有测量误差的雷达工作参数的部分子集，而且更加致命的是：由于雷达与干扰方之间的对抗关系，以及雷达认知能力的不断提升，雷达探测方还会采取各种主动反干扰措施来迷惑干扰方[9]，例如主动发射各种掩护性欺骗脉冲，随机高速跳频等，这些措施的采用进一步增加了欺骗干扰机准确全面获取雷达信号参数的难度，甚至会导致获得的参数出现错误。

2)主要功能模块组成不同。

如前所述，雷达欺骗干扰机一定需要侦察引导模块接收被试雷达辐射的脉冲信号，经过参数测量、分选、识别与状态推断之后，来获得欺骗干扰信号合成与发射时序控制所需要的一系列参数。除此之外，雷达欺骗干扰机中还有干扰策略优化与干扰资源调度模块，按照设定的战术指标要求，使欺骗信号出现在预定的时空域之中，以达到既定的欺骗干扰效果。由此可见：雷达欺骗干扰机相对于雷达目标回波模拟器具有更多更复杂的功能模块，二者在功能模块组成上的差异在图2与图3的对比中也得到了明显的体现。

3)单部设备适用于雷达的类型范围不同。

雷达目标回波模拟器一般是专用设备，一部模拟器通常只针对某一型或相近的几型雷达来进行设计与研制，作为该型雷达的配套设备使用。由于雷达回波模拟器的输入参数都是由配试雷达主动提供，各种参数传递的格式、数量、接口类型、时序关系等都与配试雷达紧耦合。另一方面，雷达目标回波模拟器在设计过程中也注重专用性，对通用性的考虑相对较少，通常针对用户关注的几型雷达做定制化研制。当然随着软件无线电技术的发展，采用硬件通用化设计与软件重加载方式之后，一部雷达目标回波模拟器适用的雷达类型会得到一定的扩展，但适用的数量还是很有限的。

然而雷达欺骗干扰机的设计思路却是强调通用性，即一部干扰机要尽可能地对多种不同类型的雷达都要发挥假目标欺骗干扰的效果，这样才能满足战术使用要求。因为在电子攻击作战过程中，敌方雷达的类型不由干扰方来主动选择，只要是敌方使用的雷达，无论工作频段不同，还是信号波形不同，干扰机均需要全面覆盖，这就要求雷达欺骗干扰机在设计过程中适用于雷达类型要更多，更广，具备更强的普适性。正由于此，雷达干扰机必须采用射频无线收发，而雷达目标回波模拟器除此之外还可以采用中频或视频有线注入方式来工作。

4)针对外界变化的反应实时性不同。

由于雷达目标回波模拟器中回波信号合成所需要的参数全部由被试雷达主动提供，所以被试雷达可以提前几个扫描周期将相关参数发送给模拟器，使其有充足的时间周期进行回波信号的计算与合成。特别是对于频率捷变、频率分集、参数捷变等具有抗干扰特性的雷达，雷达目标回波模拟器对雷达频率和参数的变化规律是一清二楚的，而且能够预知特定波形的未来发射时刻，提前合成好被试雷达还没有发射的波形样本，在经过处理后存储于内存之中，等到指定时刻到来之时直接通过DAC数模转换即可输出。所以雷达目标回波模拟器按部就班地产生回波信号即可，根本不用考虑对外界变化的信号做实时性反应。

但是对于雷达欺骗干扰机来讲，被试雷达的信号参数大多依赖于侦察接收引导模块的实时测量，在此基础上反推出雷达的工作状态，然后才能启动欺骗干扰信号的合成与输出，这一时间间隔非常之短，所以雷达欺骗干扰机的实时工作要求远远强于雷达目标回波模拟器。也正是由于有上述压力，在雷达欺骗干扰机中普遍采用DRFM对射频回波信号或下变频后的中频回波信号进行录制，然后再通过幅度与多普勒移频调制的方式来提升欺骗性假目标回波信号合成的速度与精度。从前述图2与图3的对比可知，在雷达目标回波模拟器中大多采用DDS来进行目标信号的产生，DDS与DRFM两个部件却是常规雷达欺骗干扰机的标配。

5)模拟目标的数量与逼真度不同。

由于雷达目标回波模拟器是为被试雷达研制的专用设备，产生的目标回波的数量有限；而雷达欺骗干扰机是一种电子对抗通用设备，在假目标产生数量上一般比较大。从模拟目标回波的逼真度上对比，尽管雷达欺骗干扰机采用了DRFM等波形录制部件，但由于电磁波传播信道中的各种畸变带来的失真，再加上外界复杂电磁环境的干扰，以及回波调制过程中的近似处理等因素的影响，雷达欺骗干扰机合成的假目标回波信号的质量还是赶不上雷达目标回波模拟器采用准确的信号参数和回波模型来产生回波的质量。所以雷达欺骗干扰机与雷达目标回波模拟器各有各的应用场景。

6)在设备形态上明显不同。

雷达欺骗干扰机一般是远距离作用于雷达，发射功率较大，还配有对应的各种极化天线，在体积重量功耗上受到应用平台的严格限制。而雷达目标回波模拟器一般是近距离作用于雷达，在绝大部分情况下还能够以有线直接注入的方式来工作，发射功率较小，而且较少使用天线进行辐射式测试；另一方面，由于是配试设备，所以在体积重量功耗上通常没有太多的限制。上述差异造成二者在设备形态上迥然不同。

4 二者的共同之处与相互借鉴

尽管雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机之间存在上述差异，但二者之间的相似性也比较明显，主要体现如下：

1)对雷达输出目标信息的作用效果相似。

关于这一点在本文开篇之际就已经反复阐释，如果仅仅从雷达终端显示器输出的探测目标的点迹、航迹和图像来观察，难以区分这一效果是二者之中哪一个产生的。也正因为这一相似性，才会在部分应用中提出将雷达目标回波模拟器用于对被试雷达实施欺骗干扰。在此之前，我们已经对二者多方面的差异进行了对比，所以在针对部分实时性要求不高、波形参数简单、状态转换规律明显、且没有采取反干扰措施的常规性雷达对抗应用中，可以使用雷达回波模拟器替代雷达欺骗干扰机对特定雷达实施欺骗干扰；但是在强实时、波形与状态参数复杂变化、甚至采用了反干扰措施的雷达应用中，雷达目标回波模拟器是完全满足不了欺骗干扰的应用要求的。

2)合成目标回波信号的模型与方法相似。

二者都是按照雷达方程与雷达回波信号反射模型，在预设的时空位置对不同RCS特性的目标进行回波信号的波形计算；二者都会使用DDS和波形回放部件来进行回波信号的产生。雷达目标回波模拟器的功能实质上已经包含在了雷达欺骗干扰机之中，成为其中一个子功能得以体现。对比图2与图3，从设备组成来看，雷达目标回波模拟器可以看成是雷达欺骗干扰机中一个子模块，或者是一个子系统。所以能够研制生产雷达欺骗干扰机的科研院所和工业厂家也具备研制生产雷达目标回波模拟器的科技能力。

3)都具备向任意波形发生器扩展的能力。

由图2与图3可知，二者都同时具备任意波形产生的硬件结构与时序控制条件，只需增配实现任意波形合成计算的软件，更新波形合成的算法，就能够实现任意预设波形的输出，从而将二者的能力向任意波形发生器进行扩展，并应用于相关领域，例如：电磁环境信号的模拟，压制式干扰信号的模拟等。这样二者不仅都能够扩展应用于电子对抗侦察接收机的调试与测试，而且还可以应用于雷达抗压制式干扰的功能测试，所以在此类应用中也体现了二者在多功能一体化方向上的发展趋势。

既然雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机之间既有相似，又有差异，所以二者之间需要相互借鉴，以便于各自性能的优化与提升，甚至能够促进二者的一体化融合发展。主要表现如下：

1)雷达欺骗干扰机在执行一对多的干扰任务时，DRFM部件在多目标信号分离中实时性使用受限，所以需要借鉴雷达目标回波模拟器的架构，采用FPGA中多DDS的系统设计，每一个DDS负责一个雷达目标对象的欺骗性干扰信号的合成，这就好比在信号生成过程中采用了多个雷达目标回波模拟器，针对每一部要干扰的雷达独立生成欺骗性干扰信号，然后统一DAC之后产生一对多的欺骗干扰波形，从而提升干扰效能。

2)雷达目标回波模拟器通过加装雷达信号侦察引导模块和DRFM部件，能够进一步提升其适用范围。实际上在雷达干扰的众多核心关键技术之中，准确实时的侦察信息引导技术是最重要的关键技术之一。如果将该技术移植到雷达目标回波模拟器中，即在模拟器中加装合适的雷达信号侦察处理模块，能够有效地提升模拟器适应多种雷达的类型，同时也极大地简化了模拟器参数输入接口的设计，使其更具通用性。这对已经完成研制或未开放内部接口的雷达，例如通过进出口贸易采购的雷达等，进行室内测试评估时，带有侦察引导模块和DRFM部件的雷达目标回波模拟器就能够满足此类雷达的测试与性能评估的需要。

综上所述，雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机之间都有相互值得学习与借鉴之处，这对于二者的共同发展都有积极的促进作用。

5 结束语

本文对雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机与被试雷达的关系、合成信号的参数来源、功能模块的组成、适用雷达类型的范围、工作的实时性、模拟目标的数量与逼真度、以及设备形态等多方面的差异进行了对比性分析，同时针对二者作用于雷达的效果，以及合成目标回波信号的模型与方法等方面的相似性进行了归纳总结，展示了雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机之间的紧密联系，列举了二者相互借鉴之内容，从而为雷达目标回波模拟器与雷达欺骗干扰机的融合发展提供了重要参考。