电子侦察干扰一体机及国产化综述

张文旭，吴振南，陆满君，胡建波

（1.哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨 150001；2.上海无线电设备研究所，上海 201109；3.中国人民解放军91411部队，辽宁大连 116041）

0 引 言

电子侦察干扰一体机是现代信息化战争中对抗雷达或通信系统的一种有效设备，可以使敌方雷达或通信设备无法进行有效的探测或通信。电子侦察干扰一体机包括了电子侦察接收机和电子干扰发射机，是一种将电子侦察和电子干扰功能实现一体化集成的设备，具备大频率覆盖范围、高灵敏度、大瞬时带宽、大动态范围、大干扰频率覆盖范围、大干扰带宽、灵活多变的干扰样式等特点。电子侦察干扰一体机在功能上也具备了电子侦察接收机的基本功能要求，如参数测量、信号分选等功能，不同系统中还需要具备信号识别等功能。

本文主要针对电子对抗技术应用需求，分析了电子侦察干扰一体机及其技术的研究现状和发展趋势，特别对电子侦察干扰一体机的国产化应用情况进行了分析，并对电子侦察干扰一体机的未来发展趋势进行了总结。

1 电子侦察干扰一体机发展现状和趋势

1.1 电子侦察干扰系统构架

基于频率扫描方式的超外差结构，从功能上划分，可以分为电子侦察和电子干扰两部分。图1 给出了一种基于扫频式引导的电子侦察干扰一体化系统构架，该系统构架主要分为天线部分、微波前端部分以及数字处理器三个部分。

图1 扫频式引导侦察干扰一体化系统构架Fig.1 Sweep-frequency guided，reconnaissance and jamming integrated system architecture

上述扫频式引导侦察干扰系统的工作频率覆盖范围可以达到4～18 GHz，但是中频处理瞬时带宽只有1 GHz，因此该系统的灵敏度为

式中：S为扫频式引导侦察干扰系统的接收灵敏度，单位为dBm；为中频处理带宽，单位为MHz；为接收机的噪声系数；为识别系数。

扫频式引导侦察干扰系统将宽开4～18GHz 的输入信号频率范围变换到中频瞬时带宽1GHz 范围内，带宽变小，灵敏度得到提高。

电子科技大学周启航提出了一种弹载干扰机侦察引导方法，该方法的快速引导主要通过划分大小频段的二级检波结构实现，具体实现框图如图2所示。上述快速引导式侦察干扰系统通过个带通滤波器将射频雷达信号频段进行划分，利用包络检波进行信号检测判别，以此实现对第+1路数据的数字下变频处理。该实现方案的优点是通过分段包络检波的方式实现了快速引导，但是系统微波前端的结构复杂度增加。

图2 快速引导式弹载干扰机侦察引导方法框图Fig.2 Block diagram of reconnaissance and guidance method of fast-guided missile-borne jammer

上述基于MWC 技术的侦察干扰一体化结构，需要在微波前端的一体化集成部分实现模拟滤波器组、模拟上下变频以及伪随机序列的模拟混频和解混，因此会增加微波前端的复杂度。但是该技术最大的优势在于数字处理部分，可以将中频接收机瞬时带宽内的处理能力，扩展至射频工作频率范围的处理能力，解决了大带宽同时侦收与干扰的问题。

1.2 电子侦察干扰一体化集成技术

图3 基于MWC技术的侦察干扰一体化结构Fig.3 Integrated structure of reconnaissance and jamming based on MWC technology

电子侦察干扰一体化集成是指通过不同的系统方案，从天线、微波前端、数字处理器等方面实现一体化集成。典型的侦察干扰一体化集成结构如图4 所示。典型的一体化核心处理器构架通常采用FPGA+DSP 的设计构架，其中FPGA 主要完成信号预处理、参数测量、信号跟踪、干扰信号生成等功能，DSP 主要完成信号分选、干扰策略制定等功能。电子侦察干扰一体化集成的发展趋势是小型化、模块化、国产化。

图4 侦察干扰一体化集成结构Fig.4 Reconnaissance and jamming integrated structure

2 电子侦察干扰技术研究现状和趋势

2.1 电子侦察技术研究现状和趋势

美国空军理工学院Zahirniak 等研究了多速率数字信道化接收机结构的硬件实现；美国圣地亚哥州立大学Harris 等研究了多相滤波器组结构在无线通信数字收发机中的应用；西班牙马德里理工大学López-Risueño 等研究了一种用于信号截获的基于时频分析的数字信道化接收机；西班牙马德里理工大学Sanchez等利用FPGA 平台实现了一种基于快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT）的数字信道化接收机；美国圣地亚哥州立大学Chen等研究了基于非最大抽取的分析/综合滤波器组在宽带数字滤波中的应用。国内研究相对较晚，在2000年以后陆续出现信道化接收机的研究报道。电子科技大学吕幼新、郑立岗等研究了基于多相滤波的宽带数字化接收机技术，杨静、吕幼新等研究了高效数字信道化瞬时测频接收机，王洪、吕幼新等研究了宽带数字接收机的高效FPGA设计；西安电子科技大学常虹、赵国庆等研究了一种短时傅里叶变换的高效数字信道化接收机设计，王宏伟、赵国庆等研究了一种基于多相滤波和短时快速傅里叶变换技术的实时宽带数字接收机；哈尔滨工程大学张文旭、司锡才等研究了被动雷达导引头中的数字信道化技术；西安电子科技大学陈伯孝、陈多芳等研究了双/多基地综合脉冲孔径地波雷达中的信道化接收技术；南京理工大学刘光祖、王建新等研究了一种实信号数字信道化接收机高效结构设计与实现；国防科技大学王永明、王世练等在硬件平台上完成了1.2 GSPS数字信道化接收机的设计与实现；龚仕仙、魏玺章等对宽带数字信道化接收机研究现状及发展趋势进行了详细的综述。

在数字信道化接收机结构设计方面，其结构类型种类较多，以其中几种典型结构为例分析其特点。

1）基于单通道数字下变频的数字信道化结构

典型的基于单通道数字下变频的数字信道化结构如图5 所示。其中DDC_1～DDC_表示不同的数据通道，NCO_1～NCO_为个数控振荡器，输入数据为正交分量～I，～Q，经过倍插值，滤波等过程输出′～′、′～′。

图5 基于单通道数字下变频的数字信道化结构Fig.5 Digital channelization structure based on single-channel digital down-conversion

基于单通道数字下变频的数字信道化结构中，不同的子信道之间彼此独立，使得该结构具有较高的灵活性。但是子信道的独立性使得每一个子信道的滤波器也彼此独立，当子信道数目较大的情况下，这些彼此独立的滤波器将消耗较大的硬件资源，即该结构子信道数目不宜过多。因此，基于单通道数字下变频的数字信道化结构在实际应用中受到一定程度的限制。

2）基于多相滤波的数字信道化结构

基于多相滤波的数字信道化结构是在数字信道化接收机低通实现结构的基础上推导得到的一种将原型低通滤波器进行多相分解形成的结构。图6给出了一种典型的基于多相滤波的实信号最大抽取（=，为抽取数）数字信道化结构。

图6 基于多相滤波的实信号最大抽取数字信道化结构Fig. 6 Digital channelization structure of real signal maximum extraction based on polyphase filtering

该结构的最大优势是利用数字信道化技术，可以进一步提升信道化接收机的灵敏度，信道化接收机灵敏度为'=-114+10 log(B/)+10 log+10 log(2)

式中：S'为信道化接收机的灵敏度，单位为dBm；B为中频处理带宽，以MHz 为单位；为数字均匀信道化子信道数；F为接收机的噪声系数；D为识别系数。

3）其他数字信道化接收机结构

美国乔治亚理工学院Abu-Al-Saud等研究了一种用于软件无线电系统的基于完美重构滤波器组结构的高效宽带信道化器；加拿大麦吉尔大学Siavash等研究了基于过采样完美重构滤波器组结构的收发机中的信道和频率估计、基于多载波收发系统的过采样完美重构DFT调制滤波器组；奥地利维也纳工业大学Doblinger 等研究了一种完美重构均匀余弦调制滤波器组快速设计方法；卢森堡大学Martins等研究了基于完美重构设计的过采样DFT 调制滤波器组及其无乘法器优化方法。在利用频率响应屏蔽技术实现低复杂度结构方面，巴西里约热内卢大学Furtado等研究了利用FRM 技术优化余弦调制滤波器组原型滤波器的方法；新加坡南洋理工大学Ambede等研究了一种用于多标准无线电系统的具有灵活低复杂度的均匀和非均匀数字滤波器组结构，Sumedh等研究了基于FRM的窄过渡带数字滤波器的FPGA实现；印度卡利卡特国家技术学院Sudharman等研究了一种用于宽带信道化器中的高效非最大抽取FRM 滤波器设计。国内的一些研究学者也开展了一些数字信道化接收机结构的研究，哈尔滨工业大学刘治宇、林茂六等研究了基于功率互补对的树形结构混合滤波器组设计方法；北京理工大学李云杰、高梅国等研究了一种STFT 的多级信道化接收机结构；电子科技大学王洪、吕幼新等研究了基于WOLA滤波器组的信道化接收机结构；解放军信息工程大学李冰等研究了基于近似完美重构（near-perfect reconstruction，NPR）、非均匀的动态信道化滤波结构，国防科技大学唐鹏飞等研究了一种新的动态信道化接收机设计方法；哈尔滨工程大学陈涛、张文旭等研究了基于FRM 的数字信道化结构；西安电子科技大学田斌、李晨曦等研究了基于FRM 的近似精确重构的低复杂度星载信道化器；上海交通大学何迪等研究了一种用于星载信道化器的子信道分解与合成方法；南京电讯技术研究所党军宏等研究了一种新型的基于频率滤波的宽带星载数字信道化器；清华大学阳志明等研究了一种基于复指数调制精确重构滤波器组的宽带星载数字信道化器。可见，宽带数字信道化技术的国内外相关研究成果较多，表1总结了宽带数字信道化结构类别、特点及应用。

表1 宽带数字信道化结构类别、特点及应用Tab.1 Broadband digital channelization structure categories，characteristics and applications

太湖局将切实履行《条例》赋予的职责，努力提高流域管理机构依法履职能力。按照《条例》新的要求做好实施行政许可和审查的充分准备，坚持依法管水、依法治水。尽快梳理《条例》规定的职责和制度，启动《条例》配套制度制定、修订工作，开展流域基本情况调查和登记，依据《条例》规定进行分类处理，提出有关配套制度出台前的过渡性贯彻措施。

信号分选与跟踪技术的研究最早可以追溯到上个世纪七十年代，主要是利用雷达信号脉冲重复间隔（pulse repetition interval，PRI）实 现 脉 冲 去 交 错。1989 年Mardia 等研 究 了 基 于 累 积 差 值 直 方 图（cumulative difference histogram，CDIF）算法的雷达信号分选；1992年Miloievic等提出了基于序列差值直方图（sequential difference histogram，SDIF）算法的雷达信号分选；四川大学赵仁健等研究了通过累积变换得到的特征曲线来分选的平面变换方法；哈尔滨工程大学刘旭波等研究了一种利用关联比较器进行雷达信号预分选；空军航空大学李英达等研究了基于二维特征向量提取脉冲序列中PRI变化规律的复杂调制雷达信号分选方法；北京理工大学王俊岭等研究了一种基于脉冲间隔与单个脉冲关联的直方图算法；北京目标与环境电磁散射辐射国防科技重点实验室郭杰等研究了一种通过改进Kohonen 网络模型并合并同类聚类中心的脉冲聚类分选算法；西安电子科技大学张勇强等研究了一种适用于数字信道化接收机的雷达辐射源聚类分选方法，该方法将脉冲描述字（pulse description word，PDW）流进行网格密度聚类，并采用CDIF 最优门限剔除虚警雷达辐射源；火箭军工程大学张怡霄等研究了一种基于数据场理论联合PRI 变换与聚类的雷达信号分选方法；解放军信息工程大学姜宏志等研究了一种基于多站时差和多参数信息联合的单脉冲实时分选方法。南京航空航天大学杨永学等分析了现代雷达信号分选跟踪的几种方法，信号跟踪器往往采用雷达的一些特征参数作为关联比较的判断内容。

2.2 电子干扰技术研究现状和趋势

电子干扰的主要任务是根据电子侦察获取的敌方辐射源信息制定有效的干扰策略并实施有源电子干扰，从而成功干扰敌方辐射源使其探测失效或削弱其探测能力。

由于有源干扰技术的敏感性，国外在有源干扰方面的研究报道相对较少。叙利亚高等应用技术研究所Hanbali 等对线性调频雷达的自保护欺骗干扰进行了综述，研究了抗线性调频雷达的自保护模糊谱干扰；印度塔帕大学Joshi 等研究了一种改进的合成孔径雷达欺骗干扰方法；英国克兰菲尔德大学Frazer等研究了对多普勒波束锐化雷达的欺骗干扰技术。国内有源干扰技术的研究发展迅速，航天工程大学降佳伟等研究了一种基于多相位分段调制的间歇采样转发干扰方法；西安电子科技大学吴传章、陈伯孝等研究了一种间歇非均匀采样转发干扰方法；北京理工大学张养瑞、李云杰等研究了间歇采样非均匀重复转发实现多假目标压制干扰的方法、线性调频脉冲雷达恒虚警检测的协同压制干扰；国防科技大学刘建成、王雪松等研究了线性调频脉压雷达的导前假目标群干扰问题，张静克、代大海等研究了一种合成孔径雷达脉内分段排序和脉间间歇采样的复合转发干扰，冯德军、徐乐涛等研究了间歇采样转发假目标的相位特性及其实现角度欺骗干扰的制约条件、对逆合成孔径雷达的乘积调制干扰方法，周凯、李德鑫等研究了一种雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的干扰方法；解放军电子工程学院王杰贵、张鹏程等研究了一种基于数字射频存储器的间歇采样预测转发干扰方法、基于间歇采样的多载波调制转发新型干扰样式，柳向、李东生等研究了一种针对有序统计类恒虚警检测的多假目标产生方法；空军工程大学郭俊杰、王兴华等研究了针对线性调频（linear frequency modulation，LFM）和脉冲压缩的调频灵巧噪声干扰技术；南京航空航天大学王彩云等研究了基于压缩感知的单脉冲雷达角度拖引和闪烁干扰方法、多干扰机协同干扰场景下的反向交叉眼干扰技术；国防科技大学欧阳志宏、沈阳等研究了组网干扰对抗环境下主瓣干扰的航迹欺骗干扰技术，程雨婷研究了基于宽带数字信道化的有源干扰结构，龚仕仙研究了LFM 雷达信号在数字信道化下有源干扰调制系统的基本结构；哈尔滨工程大学陈通研究了基于信道化的雷达侦察与干扰系统设计。

通过国内外学者对有源干扰技术研究，有源干扰的发展趋势涵盖以下几个方面。

1） 超宽带干扰

超宽带干扰主要包括了超宽工作频率范围、超宽频率捷变范围以及超宽的瞬时带宽。其中超宽工作频率范围需要干扰机具备侦收超宽频段的威胁信号并产生超宽频段的干扰信号；超宽频率捷变范围需要干扰机侦察接收具备更宽的频率捷变范围，且能产生超宽频率捷变范围的干扰信号；超宽瞬时带宽需要干扰机侦察、干扰的瞬时带宽较宽，具备1 GHz以上的能力。随着微波光子技术的发展，超宽的瞬时带宽能力有望得到进一步提升。

2） 分布式干扰

分布式干扰是采用多个干扰机协同对抗，从而提升电子对抗过程中对敌方雷达的干扰效果。美军提出的“作战云”概念是一种更为高级的分布式干扰，每一个干扰机就是一个“云节点”，各个“云节点”形成无线组网，可以彼此共享侦察信息，多节点侦察信息融合以及多节点协同干扰，从而达到对敌方的最佳干扰。

3） 认知干扰

根据侦察信息进行威胁等级判断时往往需要有预先雷达库信息作比对，但是威胁雷达库信息不一定是完备的，这就需要未来的有源干扰机具备认知干扰能力，即通过智能感知、识别等方式提升干扰机认知对抗能力。认知干扰可以从复杂电磁环境中进行环境感知，根据检测结果形成动态知识库，具备效能评估及自适应优化新干扰方法的能力，形成干扰策略制定和干扰资源分配。

2.2.2 有源干扰样式分类

有源干扰样式从类型上分为压制式干扰和欺骗式干扰，如图7所示。

图7 有源干扰样式基本分类Fig.7 Basic classification of active jamming patterns

2.2.3 基于典型雷达的干扰样式分析

目前，国际上典型的先进雷达以美国的“爱国者”、“宙斯盾”、“萨德”为代表。以“爱国者”雷达为例，对抗“爱国者”雷达的电子侦察干扰系统所实施的干扰策略需要针对“爱国者”雷达的不同工作模式进行分类分析。对抗“爱国者”雷达的电子侦察干扰系统的干扰策略分配如图8所示。

图8 对抗“爱国者”雷达的电子侦察干扰系统干扰策略分配Fig.8 The allocation of jamming strategies for the electronic reconnaissance and jamming system against the"Patriot"radar

综上分析，具有智能化干扰决策能力的超宽带干扰、分布式干扰及认知干扰将成为电子干扰技术未来的发展趋势。

2.3 电子侦察干扰系统收发隔离研究现状和趋势

在电子侦察干扰系统中，有时需要在同一个平台实现信号同时收发，这就需要考虑同时收发条件下干扰信号的对消技术。国外在对消技术研究中，典型的设备包括英国ERA 公司研制的8 通道干扰对消器，在150～175 MHz 频段内对消比大于40 dB；美国ZEGER ABRAMS 公司研制的跳频自适应干扰消除器；美国波音公司研制的干扰对消系统INCANS可以实现干扰的同时产生对消信号，国外对消系统部分产品实物如图9所示。

图9 国外对消系统部分产品Fig.9 Some products of foreign cancellation system

国内相关研究起步略晚，主要为理论研究成果，相关技术研究取得了较大进展。国防科技大学刘庆富、王雪松等研究了合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）干扰机中收发信号的耦合模型及隔离解决方法；南京理工大学张淑宁、赵惠昌等研究了基于分数阶傅里叶变换的伪码引信自适应LFM干扰对消方法；解放军电子工程学院孙兵等研究了利用非因果滤波器实现数字对消的技术，邹纯烨、张剑云等研究了一种基于瞬时比值因子的变步长归一化最小均方（normalized least mean square，NLMS）算法去改善机载干扰机收发隔离性能；北京理工大学宋杰、龙腾等研究了一种新的变步长NLMS算法来实现直达波干扰自适应对消；国防科技大学郝治理、刘春生等研究了一种稀疏约束的可变遗忘因子递归最小二乘（recursive least squares，RLS）算法用于提高雷达干扰机收发隔离性能；湖北工业大学蒋云昊等提出一种时延匹配方法改善干扰对消效果；西安电子科技大学谢旻睿研究了幅相相消、延时相消及自适应相消技术；电子科技大学肖扬研究了基于抗干扰算法的收发隔离技术；哈尔滨工程大学苗磊利用FPGA实现复数变步长延时最小均方算法，干扰对消比可达到20 dB以上。

从电子侦察干扰系统收发隔离技术的研究现状来看，收发隔离主要围绕空域、模拟域和数字域三维开展研究工作。空域中的宽带天线接收发射波束形成、模拟域中的多径信号干扰抑制结构以及数字域中的自干扰对消技术等将成为研究热点问题，突破空域、模拟域和数字域三维联合域的关键技术将是电子侦察干扰系统收发隔离研究的未来趋势。

3 电子侦察干扰一体机国产化发展现状和趋势

3.1 电子侦察干扰系统核心处理器国产化发展现状和趋势

电子侦察干扰系统目前在国内发展较为成熟，其设计方案多数以基于FPGA+DSP 的设计构架为主。核心处理器主要包括FPGA、DSP、高速ADC、高速DAC 等芯片。目前，在国产化FPGA 处理器方面，深圳国微开发的多款国产FPGA 芯片，如对标Xilinx 公司V4 系列、V7 系列的芯片；上海复旦微电子开发的多款国产FPGA 芯片，如对标Xilinx 公司V4系列、K7系列、V7系列的芯片。在国产化DSP处理器方面，银河飞腾推出了对标TI 公司TMS320C6000 系列的单核和多核DSP 处理器，其中DSP 八核处理器FT-M6678 在性能方面已经达到了业界领先水平。目前，中国电子科技集团五十八研究所、北京微电子技术研究所针对ADI公司、TI公司等进口厂家生产的高速ADC、高速DAC 芯片，推出了部分具有自主知识产权的国产化对标芯片。

3.2 基于国产化的电子侦察干扰系统研究现状和趋势

南京理工大学李天坛和南京派易晟电子科技有限公司开发了基于国产FPGA+多DSP 构架的高性能国产化信号处理平台，可用于电子侦察、有源相控阵雷达、MIMO 通信等系统的高速实时信号处理，该高性能国产化信号处理平台构架如图10 所示。其核心处理器采用了复旦微电子或深圳国微的V7 系列FPGA、多片国产多核DSP 处理器。基于该高性能国产化信号处理平台构架，再搭载高速ADC 和DAC 以后，便可以形成具有电子侦察干扰功能的系统，同时具备国产化的特点。

图10 高性能国产化高速信号处理平台Fig.10 High-performance localized high-speed signal processing platform

在国产FPGA与国产DSP的应用方面，四川长虹电子科技有限公司孙秀峰实现了基于国产多核DSP的红外弱小目标检测算法，采用国产银河飞腾FT-M6678系列的DSP实现了产品工程化。哈尔滨工程大学张恒等在现有电子侦察干扰系统的基础上，对进口芯片进行了国产化替换，形成了具有全国产化特点的电子侦察干扰系统。该系统采用深圳国微V7系列FPGA+银河飞腾FT-M6678系列的DSP的设计构架，如图11所示，同时将高速ADC、高速DAC进行了国产化替换，采样速率可以达到1 500 MSPS，实现了具有全国产化替换的电子侦察干扰系统平台。

图11 全国产化电子侦察干扰系统构架Fig.11 Full localized electronic reconnaissance and jamming system architecture

目前基于国产化的电子侦察干扰系统在通用平台方面，基于国产V7系列FPGA+国产多核DSP的通用处理器构架在处理能力方面具有较大的优势，V7系列的FPGA无论从硬件资源还是处理能力上基本与国外芯片差异不大，而且可以进行原位替换；在静态和动态功耗方面，国产FPGA比同型号进口芯片略高。银河飞腾FTM6678系列的DSP是对标TI公司TMS320C6678芯片的国产化八核处理器，但是由于设计上存在部分差异，两者之间无法进行原位替换。高速ADC、高速DAC性能方面，目前国产高速ADC、高速DAC的采样速率可以达到1 500 MSPS以上。随着国产芯片厂商的不断更新替代，国产高速ADC、高速DAC的发展趋势是其采样速率、分辨率将逐渐得以提高，可以对标更高性能的进口高速ADC和DAC芯片。

4 结束语

本文从电子侦察干扰一体机的系统构架出发，分析了现有电子侦察干扰一体机的具体实现方案和特点；从电子侦察干扰技术的研究现状出发，分析了电子侦察技术中的宽带数字信道化技术、信号分选与跟踪技术以及电子干扰技术中的有源干扰技术，同时对电子侦察干扰系统的收发隔离技术进行了分析。针对国家对自主国产化发展的需求，研究了电子侦察接收一体机的国产化发展现状和趋势。通过对电子侦察干扰技术研究现状的分析，指出其发展趋势为具有智能感知和智能决策技术的高灵敏度宽带数字信道化接收与发射、超宽带干扰、分布式干扰和认知干扰，电子侦察干扰一体机未来将向着小型化、模块化、国产化和智能化的方向发展。