基于微波光子技术的联合干扰样式的研究

李嘉琪，许 萍，宋 柯，杜 科，于祥祯

（1.上海无线电设备研究所，上海201109；2.上海机电工程研究所，上海201109）

0 引言

在高精度雷达制导中，为提高探测距离和距离分辨率，通常采用线性调频脉冲信号。一方面，线性调频脉冲信号具有大的时宽带宽积，经过匹配滤波器后能够获得更高的相干增益；另一方面，由于其宽带和变频特性，采用该信号可以显著降低非相干电子干扰的压制或欺骗干扰的效果[1]。针对线性调频脉冲信号，有研究者提出了一种基于卷积调制的相干干扰技术[2]，它将收到的雷达信号与已经设定好的某种基带信号进行卷积调制后再转发出去，形成噪声压制干扰，这种干扰信号可以自动对准雷达信号频带，与雷达信号能量在频率分布上一样，从而获得雷达的处理增益，最大限度地利用干扰信号的功率。还有人提出了一种间歇采样转发干扰样式[3]，在脉冲持续时间内对脉冲信号进行等间隔采样，然后将间歇采样得到的信号转发出去，形成假目标欺骗干扰，该干扰信号与雷达信号具有相同的频谱范围和高度的相干性，适合对大时宽信号的干扰，可降低对接收机和发射机隔离度的要求。以上方法目前仅在电子学领域可以实现，甚至需要借助数字射频存储设备对数据进行暂存和卷积运算，对于宽带高速数据流会大大降低干扰系统的处理效率，增加硬件成本，且数字射频存储器典型瞬时带宽为1 GHz，不适用于对抗宽带多频威胁环境。本文提出了一种基于微波光子技术的间歇采样转发和噪声卷积调制联合干扰的实现方法，该方法可以使假目标分布不均匀，进一步扰乱雷达对真假目标的识别。该方法的所有处理过程均在微波光子模拟链路处理，处理速度不受信号带宽限制，避免上下变频带来的相干损失；同时兼具了2种干扰方法带来的电子对抗优势，既能提高弹载干扰机的能量利用率，还可以形成分布杂乱的假目标群。硬件上省去了电学模数转换及数字射频存储器件，避免了大量数据的存储和处理带来的时间损耗。

1 间歇采样转发干扰

干扰信号与雷达信号具有一定的相干性才能获得雷达的处理，因此针对大时宽的线性调频脉冲信号可以采用间歇采样转发干扰样式。在该干扰样式中，间歇采样脉冲为一周期矩形脉冲，间歇采样脉冲宽度为τ，间歇采样重复周期为T s，因此采样信号可以表示为：

则采样脉冲信号与雷达发射信号x(t)之积为干扰信号，可以表示为：

设线性调频信号为：

式中，K为调频斜率。

则经过间歇采样后，干扰信号表达式为：

设雷达信号中存在的多普勒频率n f s，其中f s=1/T s，那么间歇采样后的干扰信号返回雷达接收机经过匹配滤波器后总干扰输出为：

式中，B为线性调频信号带宽，T为线性调频脉冲信号持续时间。这一过程可以用图1表示。

图1 间歇采样示意图

由上述分析可知，间歇采样形成的假目标间隔固定，这很容易被探测雷达识别，从而降低欺骗干扰的效果。同时，这种干扰样式要依赖于数字射频存储器件，大大降低了宽带高速数据流的处理效率。

2 噪声卷积调制干扰

相对普通噪声干扰，噪声卷积调制干扰的信号频谱范围能够与雷达发射信号的频谱范围一致，所以产生的干扰信号功率能够完全被雷达接收机接收，干扰信号的频带于雷达信号能量在频率分布上一样，可以获得雷达的处理增益，最大限度地利用干扰信号功率，因此特别适合对捷变频雷达进行干扰。

设线性调频脉冲信号为x(t)，表达式如式（3）所示。设n(t)为宽带噪声信号，它与线性调频脉冲信号进行卷积调制，形成的噪声卷积调制干扰为：

3 基于微波光子技术的联合干扰原理

从以上分析可知，单独使用间歇采样转发干扰容易被探测雷达识别，降低干扰效果。同时噪声卷积调制的数字域运算过程也要消耗较长时间，对于大时宽带宽信号会降低干扰效率。针对这个缺陷，本文提出利用微波光子技术实现间歇采样转发和噪声卷积调制的联合干扰方式，进一步提高干扰系统处理效率，减少宽带高速数据流对数字射频存储及采样设备的依赖，直接在光子模拟链路实现整个干扰转发的过程。

根据上述2种干扰机理，设计了如图2所示的微波光子干扰信号产生链路。

图2 微波光子联合干扰样式产生链路

激光器产生的连续光经过调制器，在单个窄脉冲的调制下进入有源光纤环脉冲复制器[4-6]。该复制器结构由可调衰减器、可调延迟线、半导体光放大器、隔离器以及光耦合器等构成，它的主要功能是将调制在连续光上的单个极窄脉冲进行循环复制产生间隔可调的窄脉冲串，即间歇采样脉冲。产生的窄脉冲重复周期即为间歇采样周期T s，对应间歇采样率f s，窄脉冲宽度为τ，可以表示为：

设输入调制器的雷达信号为x(t)，则与间歇采样光脉冲相互调制产生的间歇采样干扰信号为：

产生的间歇采样干扰信号经过扩束后进入空间光调制器。在空间光调制器中加入长度为L的随机序列n(L)作为随机噪声，那么间歇采样干扰信号经过空间光调制器后输出为：

输出信号经过透镜聚焦后再进入光纤，最后通过光电探测器生成间歇采样转发与噪声卷积调制的联合干扰信号，经过放大器、天线发射出去。在该系统中，要设置同步标识，确保采样光脉冲与进入调制器的雷达信号保持同步。

4 仿真分析

假设输入单脉冲脉宽τ=1μs，当雷达信号输入时，该单窄脉冲同步触发并经过电光调制后进入有源光纤环脉冲复制器。设置可调光延迟模块延时Δτ=2μs，调节环路中可变衰减器和光放大器，使环路增益损耗接近平衡，保证单窄脉冲能够稳定地复制输出采样脉冲串，同时尽可能具有较小失真。经过复制后产生的采样脉冲串如图3所示。将脉宽为10μs的线性调频脉冲信号输入电光调制器，并与间歇采样光脉冲进行调制，形成间歇采样后的线性调频信号如图4所示。

图3 复制产生的理想间歇采样光脉冲

图4 间歇采样后的光脉冲信号

间歇采样后的光信号经过扩束输入道空间光调制器，将长度为100的随机噪声序列输入空间光调制器，与间歇采样光脉冲进行卷积调制，经过聚焦后送回光纤，最后通过光电探测器输出形成联合干扰信号。经过微波光子链路产生的干扰信号如图5（c）所示，雷达接收到干扰信号并进行脉冲压缩后如图5（d）所示。对比无干扰时的回波脉冲信号（图5（a）、（b））可以看出干扰信号造成了多个假目标峰值，对雷达产生了欺骗效果。

图5 间歇采样和噪声卷积后的联合干扰效果

图6为间歇采样与噪声卷积联合干扰信号频谱。从图6可以看出，干扰信号的频谱依然与雷达信号频谱范围一致，充分利用了雷达信号的处理增益。

图6 间歇采样与噪声卷积联合干扰信号频谱

假目标间隔Δt=f s/K与间歇采样率和调频斜率有关。调节光延迟线，可以改变间歇采样周期，即改变间歇采样率。减小间歇采样周期至1μs，即增加间歇采样率，产生的假目标间隔增大，如图7、图8所示。由于光延迟线的可调谐范围是从皮秒至微秒级，因此能够制造更真实的、灵活的假目标群。

图7 间歇采样间隔2μs，占空比0.5，干扰信号脉冲压缩后结果

图8 间歇采样间隔1μs,占空比0.5，干扰信号脉冲压缩后结果

5 结束语

在微波光子辅助的间歇采样转发与噪声卷积调制的联合干扰信号产生过程中，调节光延迟线可以灵活地改变假目标群形态，同时没有数字射频存储、采样设备的参与，避免了数字射频存储设备等产生的延时误差对干扰效果的影响。从本文分析可以看出，基于微波光子技术的联合干扰不仅融合了2种干扰的所有优点，提高了能量利用率，还为弹载可集成的宽带干扰设备提供了技术途径。