CPM-LFM雷达通信一体化信号干扰效果分析

王 冠，王 晖，胡汗青，孙 静

(空军通信士官学校，辽宁 大连 116600)

0 引 言

号称“千里眼”与“顺风耳”的雷达与通信作战装备，在电子战中扮演了重要角色。由于科技的不断发展，战场电子设备越来越多，作战设备频谱资源日益紧缺，雷达通信一体化的提出，为其带来转机，也给电子对抗带来了新的目标。雷达通信一体化信号能够在雷达探测时完成通信功能，主要包含2种形式：一种是雷达信号作为载体(例如二进制相移键控(BPSK)-线性调频(LFM)、正交调幅(QAM)-LFM类型一体化信号)；另一种是通信信号为载体(例如正交频分复用(OFDM)-BPSK-LFM、 OFDM-QAM-LFM类型一体化信号)。本文选择以常规雷达信号为载体的连续相位调制(CPM)-LFM一体化信号，考虑利用雷达干扰信号进行干扰效果分析。

文献[1]通过噪声卷积干扰信号对LFM信号进行干扰分析，发现其能实现欺骗与压制2种干扰效果，相比传统射频噪声干扰更节省功率。文献[2]对比分析了射频噪声干扰与噪声卷积干扰信号脉压结果，说明了与目标信号具有相干性的噪声卷积干扰信号干扰性能更优越，但是发现干扰信号脉压输出后总是出现在目标信号之后，很容易被有经验的雷达操作员识破。文献[3]结合移频干扰与卷积干扰，干扰信号脉压输出分布于目标信号两侧，具有显著干扰效果。文献[4]利用移频后的噪声卷积干扰信号分析LFM信号干扰效果，验证了其可行性。文献[5]将噪声卷积式干扰信号应用于直接序列扩频-线性扩频雷达通信一体化信号，取得了较好的干扰效果。

本文采用噪声卷积干扰进行雷达通信一体化干扰效果分析，建立连续相位调制(CPM)-LFM及干扰信号模型，通过对噪声卷积干扰移频的方式，获取对目标信号雷达更好的干扰效果，仿真验证其对一体化信号的干扰性能。

1 CPM-LFM信号模型

CPM-LFM[6]信号是利用连续相位调制得到的相位与LFM信号相位相加实现的，CPM相位信息作为通信数据，LFM信号实现雷达探测功能。

1.1 LFM信号

传统雷达LFM信号表达式如下：

SLFM(t)=Arect(t/TP)exp[jπμt2]

(1)

1.2 CPM调制

与传统调制方式幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)相比，CPM具有包络恒定、频谱利用率高以及调制参数灵活等特点，在军事通信领域应用广泛。

CPM调制信号表达式如下：

SCPM(t)=Arect(t/Tp)exp[j(φ(t,I)+φ0)]

(2)

1.3 CPM-LFM信号

CPM-LFM雷达通信一体化信号原理采用连续相位对线性调频信号进行调制，其实质就是将CPM调制的相位变化加入到线性调频信号中，将式(1)与式(2)直接相乘就可以得到一体化信号，表达式如下：

SCPM-LFM(t)=Arect(t/Tp)·exp[(jπμt2+

jφ(t,I)+jφ0)]

(3)

研究发现，CPM-LFM信号雷达探测能力不输于LFM信号，且可以实现通信功能。从CPM-LFM一体化信号时域波形及频谱图[6-7]能够看出其与LFM信号没有很大区别。因此考虑通过LFM信号常用的噪声卷积式干扰进行干扰效果分析。

2 噪声卷积干扰信号模型

噪声卷积干扰主要是通过干扰机中数字射频存储器(DRFM)截获的目标信号与噪声信号进行卷积来实现，这种干扰方法与目标信号具有相干性，比传统的噪声压制式干扰具有更好的干扰效果。

设目标雷达发射信号为SCPM-LFM(t)，噪声信号为n(t)，探测目标距离雷达R处，散射面积为σ，在时延为τ=2R/c时，目标响应函数为：

p(t)=σ·δ(t-τ)

(4)

目标信号回波为：

Sr(t)=p(t)*SCPM-LFM(t)

(5)

干扰信号表示如下：

Jr(t)=SCPM-LFM(t)*n(t)

(6)

假设在接收端雷达信号与干扰信号同时到达目标雷达接收机，经过匹配滤波、脉冲压缩后输出为：

[n(t)+p(t)]*SCPM-LFM(t)*

(7)

经过傅里叶变换可得到接收信号与干扰信号频谱关系如下：

N(f)·|SCPM-LFM(f)|2+

P(f)·|SCPM-LFM(f)|2

(8)

对应时域形式为：

s′(t)=n(t)*F-1[|SCPM-LFM(f)|2]+p(t)*

F-1[|SCPM-LFM(f)|2]

(9)

式中：F-1[|SCPM-LFM(f)|2]为雷达发射信号的点扩展函数。

目标响应函数p(t)决定回波信号，噪声n(t)决定干扰效果。由于噪声卷积干扰信号经过雷达脉冲压缩处理后会获得一定收益，因此能够节省干扰功率。

3 仿真分析

仿真参数设置如下：LFM采样频率为300 MHz，带宽30 MHz，调频斜率μ为3×1012，脉宽为10 μs。CPM：进制数为2，调制指数h=1/2,关联长度L=2，每个符号采样点为600，采用矩形脉冲，随机生成5位数据。噪声卷积干扰：噪声时宽4 μs。

图1为CPM-LFM雷达通信一体化信号脉压结果，能够看出呈单峰状态，具有很好的目标探测能力。图2为噪声卷积干扰状态下的CPM-LFM雷达通信一体化信号脉压结果，发现在目标信号脉压结果后面，持续有峰值出现，这给雷达探测带来了一定程度的干扰，无法准确分辨出目标所在位置。但是有经验的雷达操作员能够发现这是干扰状态下雷达脉压情况，认为“零点”处是雷达探测目标位置。因此要想更好地实现对CPM-LFM雷达通信一体化信号的干扰，需要对噪声卷积干扰信号进行改善，如移频。

图1 CPM-LFM时频特性及脉压结果

图2 噪声卷积干扰下CPM-LFM信号时域及脉压图

图3为噪声卷积干扰信号对CPM-LFM雷达通信一体化信号通信性能影响，仿真过程中信噪比变化为-5～10 dB。在信噪比10 dB时，误码率接近0.2，说明了噪声卷积干扰对CPM-LFM一体化信号通信性能的有效性。

图3 噪声卷积干扰下误码率曲线

图4为移频干扰信号时域波形及脉压输出，本文所采用的移频干扰为目标信号CPM-LFM基础上进行3 MHz移频得到。从其脉压输出可以发现：假目标位于目标信号之前，若采用多个移频干扰信号，则呈现出不同假目标。依据移频量取值正负，其可以分布于目标信号脉压输出两侧，让雷达操作员无法准确获取探测目标位置，进而实现干扰。

图4 移频干扰下CPM-LFM信号时域及脉压图

图5为移频干扰下CPM-LFM信号误码率情况，在干噪比为2 dB时，一体化信号误码率在信噪比-5～10 dB范围内达到10-1以上。与图3对比发现，在干信比0 dB时，其通信性能影响相差不多，表现出不错的干扰效果。

图5 移频干扰下误码率曲线

图6为噪声卷积移频干扰下CPM-LFM信号脉压输出，其移频量为3 MHz，相比于图2噪声卷积干扰下CPM-LFM脉压输出，左移3 MHz。受到噪声卷积移频干扰的目标雷达已无法准确区分目标具体位置。图7为噪声卷积移频干扰下CPM-LFM信号误码率情况。与图3、图5对比发现，相同干信比条件下，误码率更高，噪声卷积移频干扰的干扰效果更好。

图6 噪声卷积移频干扰下CPM-LFM信号时域及脉压图

图7 噪声卷积移频干扰下误码率曲线

通过对干扰状态下CPM-LFM雷达通信一体化信号雷达脉压结果和通信误码率仿真发现，噪声卷积干扰能够一定程度影响一体化信号雷达探测能力，但是脉压输出效果不好，通信干扰能力较好。移频后的噪声卷积干扰对CPM-LFM一体化信号雷达探测能力具有较强的干扰，且具有相比噪声卷积式干扰更高的误码率，是一种具有实际应用价值的干扰方式。

4 结束语

本文在构建一体化信号模型基础上，利用噪声卷积式干扰作为干扰信号，理论推导干扰状态下目标回波脉冲压缩表达式，分析其脉压结果，对比分析噪声卷积干扰、移频干扰、噪声卷积移频干扰3种干扰方式下CPM-LFM脉压输出。仿真结果表明，移频后的噪声卷积干扰表现出更优越的效果，能够有效抑制CPM-LFM雷达通信一体化信号的雷达探测能力与通信性能，具有实际应用意义。