基于卷积调制灵巧噪声的舰载雷达压制干扰研究

2021-10-20王瑞革刘鑫超李辰梓

火控雷达技术 2021年3期

王瑞革杨怡刘鑫超吴皓李辰梓

(1.中国人民解放军92785部队秦皇岛 066200；2.西安电子工程研究所西安 710100)

0 引言

现代战争中，电子对抗的作用和地位越来越受到各国关注，近年来，海军对于舰载雷达在复杂电磁环境下的抗干扰能力尤为重视，在对舰载雷达实施压制干扰的干扰样式中，灵巧噪声干扰作为一种对新体制雷达的有效干扰方法，受到众多研究者的持续关注。该种干扰可以产生与目标回波非常相似的干扰信号，能根据干扰对象和干扰环境灵活变化，使干扰能量集中在雷达信号带宽内，并能根据不同雷达信号的特征，选择干扰效果最好，针对性最强的干扰波形自适应的改变信号形式和参数，并且兼具压制性和欺骗性两种干扰性质[1-2]。

本文介绍了舰载雷达压制干扰环境下针对LFM信号以DRFM技术为基础的卷积调制灵巧噪声干扰的产生原理、仿真分析、应用场景、干扰强度等级划分以及雷达被干扰效果等内容，合理地支撑了海军电子对抗实战训练中干扰方案的制定，并为后续舰载雷达干扰及抗干扰工作的开展提供了先验信息。

1 灵巧噪声干扰

电子战专家斯莱赫在专著《信息时代的电子战》一书中提出了目前公认的较为权威的灵巧噪声干扰的概念，具体表述为：灵巧噪声技术兼有欺骗干扰和遮盖性干扰的特点，由干扰机运用视频噪声将截获的雷达发射信号进行时域上的调制，产生的干扰在时域和频域上与真实回波重叠并且覆盖住目标回波。这种干扰波形没有直接转发式干扰的全部效果，但要求比噪声干扰机更多地了解敌方雷达信息，能更好地利用干扰能量[3-4]。

1.1 DRFM技术卷积调制灵巧噪声原理

在对雷达信号的时频信息精确侦察之后，产生灵巧干扰的方法主要有：直接数字合成(DDS)和基于数字射频存储技术(DRFM)两种方式来实现，DDS需要结合被干扰雷达的先验知识和更多情报来支撑。DRFM能在一定时长下高精度地保存相参脉冲信号并对其脉内相参复制，将雷达的脉内调制无失真地复制保存下来，在发射干扰时复制转发当前存储的雷达波形信号[5]。以典型的雷达信号LFM信号为研究对象，基于DRFM技术卷积调制灵巧干扰原理框图如图1所示。

图1 灵巧噪声干扰原理图

雷达信号经天线接收、放大、滤波、下变频后进入DRFM，另一路经放大滤波后的信号进入调制器来控制视频噪声参数，经过调制的视频噪声与DRFM中经D/A转换后的输出信号完成卷积，最终放大输出，对雷达造成干扰。该干扰波形能有效抑制雷达的旁瓣消隐(SLB)和旁瓣相消(SLC)，对于SLB来说若对所有假目标都有效，则会可能造成雷达主通道在长时间内关闭而丢失真目标。而SLC是一个自适应调整系统，对脉冲不响应，所以对于旁瓣进入的脉冲型信号不能造成相消[6]。

假设雷达发射脉冲为S(t)，点目标的响应函数为P(t)，则目标回波信号为式(1)。

Sr(t)=S(t)⊗P(t)

(1)

⊗表示卷积运算。假设卷积视频信号为ξ(t),干扰信号为Jr(t)，则有

Jr(t)=ξ(t)⊗S(t)

(2)

匹配滤波器的响应函数为S*(-t)，干扰信号和目标回波同时经过脉冲压缩后，输出信号可以表示为

J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]⊗S*(-t)

(3)

将公式(1)、公式(2)代入公式(3)中有

J(t)=[ξ(t)+P(t)]⊗S(t)⊗S*(-t)

(4)

设J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]⊗S*(-t)P(f)、J(f)、S(f)和N(f)分别为P(t) 、J(t)、S(t)和ξ(t)对应的频谱函数。则有

J(f)=P(f)·|S(f)|2+N(f)·|S(f)|2

(5)

由式(5)做傅里叶逆变换可得出J(f)的时域输出为

J(t)=F-1[|S(f)|2]⊗P(t)+F-1[|S(f)|2]⊗ξ(t)

(6)

式(6)中F-1[|S(f)|2]称为点扩展函数，与其卷积的任意信号都能获得脉冲压缩处理增益，由此得出脉冲压缩后发出的干扰信号取决于与之卷积的视频信号ξ(t)，常用的ξ(t)信号有方波、三角波、锯齿波以及正余弦信号等。不同的波形可以产生不同的干扰效果，由于DRFM能完全无失真地复制存储雷达信号，在此信号上进行噪声调制能保证在不需测频的情况下使干扰频率始终自动对准雷达信号频率，且在频域上噪声拓展了干扰信号的频谱，使干扰信号始终能够覆盖真正的目标回波，因此干扰能量能更多地进入雷达接收机，达到干扰效能的最大化。

1.2 仿真分析

针对LFM信号进行仿真，选取信号时宽为60μs，带宽为20MHz，中心频率为60MHz的雷达信号进行仿真，结果如图2和图3所示。选取均值为0，方差为1，时宽为10μs的高斯白噪声为视频信号，与LFM信号卷积之后的灵巧噪声信号仿真结果如图4、图5和图6所示。

图2 LFM信号频域图像

图3 LFM雷达信号脉压图

图4 灵巧噪声时域图

图5 灵巧噪声频域图

图6 灵巧噪声脉压图

由图5可以看出灵巧噪声信号的中心频率完全能够对准LFM雷达信号的中心频率，并且噪声的时宽越宽，压制效果越好。由图6可看出经脉压之后的灵巧噪声信号经雷达接收机接收以后能够遮盖雷达信号，产生良好的压制干扰效果。

1.3 海军应用场景及干扰强度等级划分

在海军电子对抗训练中，以某型号雷达目标及干扰模拟器为干扰设备，该设备可提供压制式、欺骗式以及复合式等十余种干扰样式，依据干扰场景不同可划分为远距离支援干扰、随队干扰、自卫干扰等类型，将该设备置于海军某舰距离被干扰雷达一定距离的合适位置，根据训练需求释放不同等级强度的压制干扰，干扰场景如图7所示。

图7 应用场景

训练中需释放高中低三种强度的压制干扰，干扰强度等级划分需依据雷达的受干扰情况及抗干扰措施是否有效来定，反复试验后，灵巧噪声干扰符合要求的强度等级划分方案为：干扰发射功率衰减50dB，雷达收到干扰信号，采取抗干扰措施后可稳定跟踪目标为一级干扰；干扰发射功率衰减35dB，雷达明显收到干扰信号，采取抗干扰措施后目标跟踪不稳定为二级干扰；干扰发射功率衰减10dB，雷达受到强烈干扰，抗干扰措施无效，无法跟踪目标为三级干扰。等级划分方案如表1所示。

表1 灵巧噪声干扰强度等级划分方案

2 应用效果

用信号源来模拟中心频率为5.4GHz、脉宽为10μs，重复周期为100μs的雷达信号，以某种按上述卷积调制原理产生灵巧噪声的干扰设备来释放灵巧噪声干扰信号，设定干扰数据更新间隔10个脉冲重复周期，频谱仪设定为zero span时测量的灵巧噪声信号如图8所示。

图8 灵巧噪声干扰信号

由图8可看出灵巧噪声信号以1ms为周期持续发送，将该型号雷达目标及干扰模拟器应用于海军某电子对抗训练中，按图7所示场景架设设备，按表1所示干扰方案释放灵巧噪声干扰，以某雷达分别受到灵巧噪声一级干扰、二级干扰和三级干扰时终端效果图来进一步说明灵巧噪声干扰在工程实际中的应用。

由图9可看出未释放灵巧噪声干扰信号时雷达稳定跟踪目标。由图10看出当雷达受到一级干扰时依然可以有效跟踪目标，所受干扰对雷达影响较小。由图11看出当雷达受到二级干扰时雷达目标批数由9批减少到2批。由图12看出当雷达受到三级干扰时，目标完全消失，雷达无法正常跟踪到目标，并且不再出现新目标。上述结论充分说明在实际应用中灵巧噪声干扰效果明显，与仿真结果相符。