相位编码脉冲压缩雷达干扰调制技术研究

杨会军， 程啟华， 蒋 姝

(南京工程学院，南京 211000)

0 引言

脉冲压缩雷达采用宽脉冲发射以提高有效辐射功率，保证足够大的作用距离，接收时采用脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好地解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾[1-4]。相位编码波形(Phase Coded Waveform)是一种典型脉冲压缩雷达信号形式，该信号在接收时采用时域相关处理压缩脉冲，获得较高的相干处理增益，具有低截获性和抗干扰能力强等优点[5-7]。针对相位编码雷达的干扰技术是雷达对抗领域的研究热点[8-9]。传统相位编码脉冲压缩雷达干扰采用噪声干扰技术，即通过对雷达信号粗测频，然后自主产生窄带瞄准式干扰、宽带阻塞式干扰等干扰信号。噪声干扰无法获得相位编码脉冲压缩雷达的相干处理增益，需要较大的干扰功率，干扰效果差[10-11]。

本文提出了一种对相位编码脉冲压缩雷达的多相重构干扰调制技术，将侦察获得的雷达信号样本分成若干子段，通过对各个子段样本进行重构产生相干干扰信号。与传统噪声干扰信号相比，该干扰信号可以获得相位编码脉冲压缩雷达信号处理增益，干扰功率利用率高。

1 相位编码脉冲压缩雷达干扰调制技术

1.1 相位编码信号模型

相位编码脉冲信号是常用的雷达脉冲压缩信号[12]，与线性频率信号类似，相位编码信号通过时域非线性调相达到扩展等效频宽的目的[13]。

随机相位编码信号的数学模型[14]可表示为

S(t)=u(t)ej2π f0t=a(t)ejφ(t)ej2π f0t

(1)

式中:u(t)=a(t)ejφ(t)，为其复包络，φ(t)为相位调制函数，a(t)为幅度调制函数；f0为载波频率。对二相编码而言，φ(t)∈[0,π]，也可表示为二进制序列ck=ejφ(t)∈{-1,1}。

设a(t)为矩形脉冲串，即

(2)

式中:Tc为子脉冲宽度；N为序列长度；τ=NTc，为编码信号的持续期。

相位编码雷达信号是用一定的码字序列对载频信号相位进行调制而产生的。调制编码序列一般为伪随机码，该码是一种能预先确定的、周期性的二进制序列，具有接近二进制数随机序列的良好自相关性。常用的二元伪随机序列有巴克序列、组合巴克序列、m序列和L序列等，各相位编码序列产生的效果基本相同[15]。本文以31位长度m序列相位编码波形为例仿真分析多相重构干扰调制技术，其编码规律如图1所示，其中，序列长度N=31。

图1 伪随机序列编码(31位)Fig.1 Pseudo-random sequence coding (31 bits)

31位长度伪随机m序列x(t)由一个五级反馈移位寄存器产生，x(t)的自相关函数为

(3)

由式(3)可知，当τ=0时，自相关函数Rx(τ)取最大值，随着τ的增加或减少，自相关函数Rx(τ)将快速衰减，m序列自相关函数峰值与序列长度N有关。因此，m序列和其自身的平移具有准正交性，将接收到的伪随机m序列编码回波信号和发射信号进行相关处理，可以得到与目标距离相关的回波窄脉冲信号，实现对相位编码脉冲压缩雷达的脉冲压缩处理。

1.2 干扰信号调制技术

相位编码脉冲压缩雷达信号通过相关处理得到与目标距离相关的窄脉冲信号，相关峰值的大小取决于两个因素，即m序列的长度和序列的相关性。对于一个i级反馈移位寄存器，m序列的长度N=2i-1。因此，相关峰值的大小就取决于序列的相关性。通过对接收到的相位编码雷达信号调制序列进行分解，得到多个编码子段，改变分解后各个子段的相对位置，重构出总长度与发射信号相等的m序列。分解后得到的多个子段与发射信号的部分子段相关。相关输出峰值的位置与收发相关子段之间的延迟量有关，相关输出峰值大小与子段长度有关。

多相重构干扰通过将雷达信号样本进行分解重构产生与发射信号相干的干扰信号，该干扰信号经相位编码脉冲压缩雷达相关处理产生与雷达信号同步的相干干扰脉冲。多相重构转发干扰的假目标数量、位置和幅度根据分相数量和样本子段的重构方式确定，进而产生多种干扰信号样式。分相数量n越大(本文中取n=4)，相关输出峰值越低，干扰脉冲数量越多，可以起到相干噪声压制的效果，适用于对抗搜索模式的雷达；分相数量n越小(本文中取n=2)，相关输出峰值越高，干扰脉冲数量越少，可以调制产生逼真假目标，适用于对抗跟踪模式的雷达。

相位编码脉冲压缩雷达干扰系统的组成如图2所示，相位编码脉冲压缩雷达干扰机接收相位编码脉冲压缩雷达信号，通过侦察处理获得雷达信号参数，识别雷达的工作模式，干扰机根据雷达工作模式分别进行搜索和跟踪模式下的多相重构干扰调制，对雷达进行自适应干扰。

图2 相位编码脉冲压缩雷达干扰系统组成Fig.2 Composition of phase coded pulse compression radar jamming system

干扰机根据雷达工作模式的不同，分别在搜索模式和跟踪模式下进行四相重构干扰调制和二相重构干扰调制，其干扰调制过程如图3所示。

图3 多相重构干扰调制过程Fig.3 Block diagram of multi-phase reconfiguration jamming modulation process

1) 四相重构干扰调制。

干扰控制器输出重构控制信号至数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)，将存储器中的雷达信号样本分解为4个子段，然后对4个子段进行重构，选择相关性能最优的重构样本产生相干干扰信号，将重构后的干扰样本在整个雷达脉冲间隔内进行延迟重复叠加，经过相位编码脉冲压缩雷达相关处理，可以在真实目标前后产生多个虚假目标，对雷达产生相干噪声压制的效果。

2) 二相重构干扰调制。

干扰控制器输出重构控制信号至DRFM，将存储器中的雷达信号样本分解为2个子段，对2个子段进行重构产生相干干扰信号，在雷达真实目标前后产生2个相干虚假目标，同时对重构样本进行延迟控制，可以产生逼真的欺骗假目标。

2 干扰仿真结果及分析

以31位长度的伪随机m序列为例，对两种干扰调制技术进行仿真研究。

设m序列Ck=[1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 1 1]，分别对四相重构干扰调制技术、二相重构干扰调制技术进行仿真，其中，四相重构干扰用于对抗处于搜索模式的雷达，二相干扰调制技术用于对抗处于跟踪模式的雷达。

2.1 对相位编码脉冲压缩雷达搜索模式干扰仿真

在搜索模式下，对雷达信号样本进行四相分解与重构，在真实目标前后产生多个同步虚假目标，破坏雷达对目标的检测识别。

将31位最大长度序列分为长度分别为8位、8位、8位、7位的4个子段，设四相编码样本分别为P1，P2，P3，P4，则四相重构转发干扰的样本有P4P3P2P1，P4P3P1P2，P3P4P2P1和P3P4P1P2，将这4种干扰样本定义为干扰模式1、干扰模式2、干扰模式3和干扰模式4。

仿真得到不同干扰样本和雷达信号的相关输出结果。其中：干扰模式1(P4P3P2P1)相关输出如图4(a)所示，干扰信号幅度较低，但分布均匀；干扰模式2(P4P3P1P2)相关输出如图4(b)所示，干扰信号幅度不均匀，超前于目标回波的信号幅度较大；干扰模式3(P3P4P2P1)相关输出如图4(c)所示，干扰信号幅度不均匀，滞后于目标回波的信号幅度较大；干扰模式4(P3P4P1P2)相关输出如图4(d)所示，干扰信号幅度均匀，在目标信号前后有两个幅度较大的虚假目标。

图4 四相重构转发干扰模式相关输出Fig.4 Correlation output of four-phase reconstruction forwarding jamming modes

比较可知，干扰模式1的虚假目标数量多，分布在真实目标周围，可用于对相位编码脉冲压缩雷达搜索模式进行干扰，干扰信号可以获得雷达信号的相干处理增益，产生相干噪声压制的干扰效果。

对干扰模式1(P4P3P2P1)产生的重构样本进行延迟重复叠加，设置延迟时间分别为1,2,4,8个仿真时间单位，仿真得到同步相干压制干扰信号的相关输出如图5所示。由图5可知，干扰脉冲密集分布在目标回波附近，实现了对真实目标的相干噪声压制。

图5 同步相干压制干扰相关输出Fig.5 Synchronous coherent suppression jamming correlation output

2.2 对相位编码脉冲压缩雷达跟踪模式干扰仿真

在跟踪模式下，将雷达信号样本分解为两个子段，对两个子段样本进行互易重构出干扰信号样本，在雷达真实目标前后产生两个相干虚假目标，使相位编码脉冲压缩雷达无法分辨出真实目标，破坏雷达对目标的稳定跟踪。

将31位最大长度序列分为长度分别为15位和16位的两个子段，记为子段1和子段2。将子段1与子段2互易，重构生成长度为31位的半码互易转发干扰信号，仿真得到无干扰和半码互易转发干扰两种情况下的雷达相关处理结果，如图6所示。

图6 半码互易转发干扰相关输出Fig.6 Half-code reciprocal forwarding jamming correlation output

由图6可知，半码互易转发干扰同步于真实目标，在真实目标前后生成两个相干虚假目标。根据欺骗目标的时域特征，对该重构样本进行延迟控制和多普勒频率调制，产生两个在时域和频域上与雷达信号相干的假目标，可用于干扰在跟踪模式下工作的相位编码脉冲压缩雷达，使雷达无法分辨出真实目标。

3 结束语

相位编码雷达信号是一种大时宽带宽积信号，具有优良的低截获和抗干扰特性。本文针对传统噪声干扰效果的不足，提出了一种对相位编码脉冲压缩雷达的多相重构干扰调制技术，将雷达信号样本进行分段重组产生相干干扰信号，该干扰信号经相位编码脉冲压缩雷达相关处理产生与雷达信号同步的相干干扰脉冲，重构模式与雷达的工作模式有关。以31位长度伪随机m序列相位编码波形为例，构建多相重构干扰仿真模型开展仿真研究，仿真结果表明，该技术可以产生预期的干扰信号波形，具有较好的干扰效果。