基于LFM脉冲压缩雷达的移频干扰仿真研究

程 林，张建民，杨爱平

(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

线性调频(LFM)脉冲压缩技术使得雷达可以通过发射宽脉冲来满足所需要的雷达作用距离，接收时通过脉冲压缩的方法使得距离分辨率得以提高，这样使得雷达作用距离与分辨率可以同时满足要求。

由于LFM脉冲信号的脉内相干性使得其在距离——多普勒频移之间存在强的耦合，这种耦合使得距离会伴随着多普勒频移的视在漂移而产生测距误差。巧妙地利用这个特点，适时地使干扰信号叠加1个多普勒频移量，就可以使雷达产生假目标。通过调整多普勒频移量正负，就可以使得产生的假目标提前或滞后于匹配目标，这样可以使得LFM脉冲压缩雷达受到较强的干扰，甚至，相干转发1/2的脉冲压缩雷达信号波形也可产生较好的干扰效果[1]。

本文基于Matlab软件建立了LFM脉冲压缩雷达模型，并研究了移频噪声卷积干扰和多重移频叠加干扰对LFM脉冲压缩雷达的干扰效果。

1 移频干扰的原理

LFM信号的表达式为[2]：

(1)

式中：Tp为发射波形脉宽；rect(t)是门函数；fc是载波频率；μ是调频斜率。

将LFM信号用模糊函数重写为：

|χ(τ,ξ)|=

(2)

其模糊度图如图1所示。由此可见，在二维联合估计时，LFM脉冲信号的时延τ与频移ξ之间存在强耦合，只要频率移动Δξ，则时间上也会有变化量Δτ。所以将侦收到的雷达信号频移后转发，就会产生欺骗干扰效果。

图1 LFM信号的模糊度图

随着数字射频存贮器(DRFM)的应用成熟，工程上移频干扰可以用DRFM来实现，实现框图如图2所示[3]。

图2 基于DRFM的移频干扰实现框图

移频干扰信号可以表示为：

0≤t≤T

(3)

式中：ξ为附加的频移。

其经过匹配滤波器后的输出信号是一个单频振荡信号，其振荡包络为：

|yξ(t)|=

0

(4)

频移ξ的大小决定着脉压输出主峰的偏移位置。当ξ=0时，在输入脉冲结束T时刻出现主峰，在ξ≠0时，脉压输出主峰将偏移到t=T-ξ/μ处，ξ>0，则主峰提前，反之主峰滞后，可以看出主峰的延迟t-T和频移ξ之间存在耦合，频移越大，失配越大，干扰信号能量越小，则产生的假目标能量越小。

移频量ξ既使得雷达遭受到了距离欺骗干扰，同时使得雷达匹配滤波后的单频振荡中心频率发生了改变。在采用移频干扰时，移频量ξ不能过大或者过小，过大会被雷达测出频移量，过小则假目标可能会成为雷达捕获标识，所以用移频配合其他一些手段进行组合干扰，本文采用移频噪声卷积与多重移频的组合方式对LFM脉冲压缩雷达进行干扰仿真验证。

2 移频干扰仿真及研究

2.1 移频噪声卷积干扰

噪声卷积干扰是移频信号与噪声信号相卷积的干扰，此种干扰样式同时具备噪声压制干扰效果以及欺骗干扰效果。本文中采用高斯噪声与移频信号进行卷积，高斯噪声表达式如下：

(5)

式中：σ2为高斯噪声信号功率；Bn为噪声信号的调制带宽。

仿真条件：信号幅度A=1，带宽B=10 MHz，采样频率Fs=100 MHz，信号脉宽Tp=20 μs，此时产生LFM信号的时域图与频域图如图3所示。

图3 LFM信号时域图与频域图

将LFM信号移频1 MHz，产生超前于雷达信号的欺骗干扰信号，如图4所示。

图4 移频1 MHz信号

从图4中可以得出，通过移频产生了1个超前于雷达信号的干扰信号，但是此干扰信号面对现今的雷达技术手段，很容易被识别，起不到预期的干扰效果，所以需要进行组合干扰，产生更复杂的干扰样式来对雷达进行干扰。

本文采用移频信号与噪声卷积组合的干扰样式，将侦收到的LFM信号分别移频1 MHz与2 MHz，与噪声时宽4 μs的零均值高斯噪声卷积，其仿真结果如图5所示。

由Matlab仿真图可以看出，移频卷积噪声干扰对LFM信号在产生欺骗干扰的同时具有一定的噪声压制干扰效果。根据LFM信号时延与移频之间的耦合性，产生超前于信号目标回波的干扰信号，为了增强干扰效果，可以提高干信比。

2.2 多重移频叠加干扰

在现今的雷达设计中，干扰时用单个假目标进行欺骗干扰，很容易被雷达识别，从而失去干扰效果。为此可以采用多重移频的方法产生多个假目标，对雷达产生欺骗干扰，同时当多个假目标密集叠加在一起的时候，对雷达信号会造成噪声干扰[4]。

图5 移频量1 MHz与2 MHz的移频卷积干扰仿真图

仿真条件：叠加脉冲个数N=20，移频量为1 MHz，信号带宽B=20 MHz,脉宽Tp=20 μs，如图6所示。

图6 20个叠加脉冲下的移频1 MHz干扰脉压输出

叠加脉冲个数N=20，移频量为-1 MHz，信号带宽B=20 MHz，脉宽Tp=20 μs，如图7所示。

图7 20个叠加脉冲下的移频-1 MHz干扰脉压输出

叠加脉冲数N=20，移频量为0.1 MHz，信号带宽B=20 MHz，脉宽Tp=20 μs，如图8所示。

图8 20个叠加脉冲下的移频0.1 MHz干扰脉压输出

叠加脉冲数N=30，移频量为0.1 MHz，信号带宽B=20 MHz，脉宽Tp=20 μs，如图9所示。

图9 40个叠加脉冲下的移频0.1 MHz干扰脉压输出

将图9中的干扰信号与梳状谱信号进行组合，得到的仿真结果如图10所示。

图10 组合干扰脉压输出

由Matlab仿真可以得出，多重移频干扰可以根据移频量ξ的正负来产生超前或者滞后的多个欺骗干扰信号，移频量ξ既使得雷达遭受到了距离欺骗干扰，同时使得雷达匹配滤波后的单频振荡中心频率发生了改变。在采用移频干扰时，移频量ξ不能过大或者过小，过大会被雷达测出频移量，过小则假目标可能会成为雷达捕获标识，所以用移频干扰配合其他一些手段进行组合干扰，其中为了弥补移频所带来的干扰信号幅度下降，可以采用增大干信比或者与其他干扰方式组合来增强对雷达信号的干扰效果。本文采用的移频与梳状谱组合干扰对雷达信号起到了良好的干扰效果。

3 结束语

本文利用Matlab软件研究了移频噪声卷积和多重移频叠加干扰对LFM脉冲压缩雷达的干扰效果。仿真结果表明，在移频噪声卷积和多重移频叠加干扰下，LFM脉冲压缩雷达受到了较强的干扰效果，其中移频量的多少与所得到的干扰效果有一定的关系，在先验条件充足的情况下可以更深入地进行研究。此方法利用DRFM可以在工程上实现，具有一定的工程实用价值。