间歇采样重复转发干扰效果分析

杨 沛，庄 俊

(解放军63889部队，河南 孟州 454750)

0 引 言

间歇采样转发干扰可以获得雷达脉冲压缩增益，并能够实现超前干扰[1-3]，达到掩护真实目标的作战目的，对雷达系统构成了很大的威胁。间歇采样转发干扰系统基于数字射频存储(DRFM)实现[4-5]，系统通过对截获的大时宽雷达信号进行短时的采样-转发，产生离散的窄脉冲串。但间歇采样直接转发干扰只能产生3～5个有效假目标[6]。而间歇采样重复转发干扰能够产生数量较多且幅度较强的逼真假目标，并且通过调整参数，可对假目标数目、幅度和位置进行调整，研究结果表明该干扰样式比间歇采样直接转发干扰具有更好的效果。本文通过理论推导和仿真验证分析了采样周期和采样脉冲宽度等参数对干扰效果的影响，给出了参数取值范围，为实际应用中干扰参数设置提供了有益参考。

1 间歇采样重复转发干扰原理

1.1 间歇采样直接转发干扰

间歇采样直接转发的干扰信号一般为矩形脉冲串p(t)[7]，假设间歇采样脉冲宽度为τ，间歇采样周期为Ts(Ts≥2τ)，采样频率为fs；雷达的发射信号为y(t)，脉冲宽度为τp，带宽为B，其频谱为Y(f)；匹配滤波器的响应为h(t)。则干扰信号的匹配滤波输出为：

(1)

ys(t)在距离上形成以主假目标为中心对称分布的相干假目标串，在频域可视为多个具有不同多普勒频移的目标回波，经匹配滤波后输出信号的加权合成[8-10]。

1.2 间歇采样重复转发干扰

间歇采样重复转发干扰利用DRFM存储的信号可以重复读取的特点[11-12]，能够产生数量更多的有效假目标，典型的工作时序如图1所示。

图1 间歇采样转发干扰示意图

如图1(b)所示，间歇采样重复转发干扰采集雷达信号后，连续进行多次转发。为了方便分析，设τp是Ts的整数倍，Ts是τ的整数倍；且每次转发信号的时长皆为τ，这样，在一个采样周期内，转发时间间隔Tr亦等于τ。“转发1-1”中第1个1表示转发的是第1次采样的信号，第2个1表示第1次转发。“转发1-2”表示第1次采样信号的第2次转发，它是采样信号延时τ后的转发。显然，当转发次数为1时，即为间歇采样直接转发干扰，如图1(a)所示。

假设在采样周期Ts，“转发1-1”的干扰输出为ys(t)，其与式(1)表示的意义完全相同。则“转发1-2”的干扰输出可记作ys(t-τ)，“转发1-3”的干扰输出可记作ys(t-2τ)，依此类推，则Ts内的干扰输出可以表示为：

ys(t)+ys(t-τ)+ys(t-2τ)+…+

(2)

由上式可见，间歇采样重复转发干扰输出实际上是ys(t)等间隔延拓M-1次。每一次延拓的输出都将形成一个以主假目标为中心对称分布的相干假目标组，这样M次延拓理论上将能够形成M组相干假目标，如图2所示[13]。假设进行脉冲压缩处理前雷达回波幅度为1，下文同。

图2 间歇采样重复转发干扰信号脉冲压缩输出

2 间歇采样重复转发干扰效果分析

干扰效果分析主要包括2个方面：一是干扰的形成条件；二是干扰参数设置对干扰效果的影响。

2.1 干扰的形成条件

首先，分析对采样周期Ts的要求。文献[14]研究表明，当Ts>1/B时，匹配滤波器输出较为理想，能够产生次假目标。

从频域看，对线性调频信号进行间歇采样相当于进行周期加权拓展[15]，采样周期越长，拓展周期越短，落入匹配滤波器的周期越多，次假目标的数量越多。但是采样周期越长，拓展的次假目标频谱间会发生重叠。当满足Δt>2/B，即Ts<τp/2时，次假目标的频谱不会发生重叠。

综上所述，当1/B

其次，分析对采样脉冲宽度τ的要求(即各次转发的主假目标间隔)，如果τ>2/B，则M个主假目标是独立的，否则它们将相互混叠，形成一个宽度为(M-1)τ的分布假目标，其它次假目标也将混叠形成分布假目标。

同时由式(2)可知，每组假目标中假目标的间隔为Δt。为了防止主假目标与其他次转发的次假目标相互混叠，主次假目标间隔应大于各组主假目标间隔。即当Δt>(M-1)τ时，不会产生主假目标与其它次转发的次假目标及次假目标间相互混叠的现象。

如果同时满足上述2个条件，则有效假目标数可达3M～5M个，且所有的假目标相互独立，它们分布在更大的径向距离上。

第三，由式(2)和图2不难得出，形成假目标的组数M取决于Ts和τ的比值，即M=Ts/τ-1。当Ts和τ确定时，M随之确定。

2.2 干扰参数设置对干扰效果的影响

根据间歇采样转发干扰的原理，由式(2)可知，其参数主要包括采样周期Ts、采样脉冲占空比τ/Ts和转发的功率，下面分别分析其对干扰效果的影响。

(1) 采样周期对干扰效果的影响

文献[6]给出了间歇采样干扰信号匹配滤波输出包络中相邻峰值的间隔为：

(3)

由上式可知，当τp和B一定时，干扰形成的假目标间隔与Ts有关。Ts越大，间歇采样干扰形成的假目标间隔Δt越小。合理设置采样周期，可以形成满足需要的不同距离间隔的假目标串。

(2) 采样脉冲占空比对干扰效果的影响

采样脉冲占空比决定着主假目标的绝对幅度以及各假目标之间的相对幅度。由式(1)可以看出，主假目标的幅度由τ/Ts决定，当τ/Ts=0.5时，主假目标的幅度最大。次假目标的幅度取决于τ/Ts×sin(nπτfs)/nπτfs×cos(2nπfst)，其中cos(2nπfst)对其影响较小，次假目标的幅度主要由τ/Ts决定。当Ts一定时，调整τ/Ts，可以改变主假目标与次假目标之间的相对幅度，即改变干扰能量在各假目标上的分配。

τ/Ts越大，次假目标在干扰总能量中所占的比例越大，但主次假目标的相对幅度差也越大，可利用的假目标数量有限，一般只能产生3～5个较强的假目标；τ/Ts越小，主次假目标的相对幅度差也越小，容易形成分布较为密集且幅度相近的多假目标。但是τ/Ts也不宜太小，否则转发信号与雷达信号相干性将变差[16]，导致匹配滤波失配，严重影响干扰效果[16-17]。

综上，当干扰能量较大且τ/Ts较小时，间歇采样重复转发干扰能够形成类似密集假目标的干扰，大量的假目标提高了检测代价，对雷达检测具有压制效果；随着τ/Ts的增大，假目标数目减少，形成少数的较强假目标，此时对雷达检测具有欺骗效果。因此，从提高干扰效率的角度考虑，如果要实现密集假目标干扰，在保证干扰功率的情况下，可以减小τ/Ts；如果要实现欺骗干扰，则可降低干扰功率，增大τ/Ts。

3 仿真与分析

设置不同干扰参数，对理论分析结果进行验证。相关参数如下：雷达信号带宽为5 MHz，脉冲宽度为60 μs，采样频率为120 MHz，目标距离为30 km。

3.1 采样周期对干扰效果的影响

干扰功率比目标回波功率大6 dB，采样脉冲占空比τ/Ts为25%，间歇采样周期分别取1 μs、2 μs、4 μs、12 μs，干扰效果如图3、图4所示。

图3 不满足条件的干扰效果

图4 不同周期的干扰效果

当τ=0.25 μs，Ts=1 μs时，由于不满足τ>2/B的条件，假目标间相互混叠，形成一个宽度为(M-1)τ的分布假目标。

当τ=3 μs，Ts=12 μs时，满足τ>2/B的条件，但不满足Δt>(M-1)τ的条件，主假目标与其它次转发的次假目标及次假目标之间相互混叠。

3.2 采样脉冲占空比对干扰效果的影响

在满足干扰形成条件下，设采样周期Ts为5 μs，采样脉冲占空比τ/Ts分别为10%、30%、50%。干扰功率比回波功率大于6 dB。采样脉冲占空比对于干扰效果的影响如图5所示。

图5 采样脉冲占空比对干扰效果的影响

τ/Ts=10%时，能够形成多个假目标，各假目标幅度较低，且幅度差别较小。此时真实目标淹没于假目标群中。

随着τ/Ts的增大，干扰能量逐渐向主假目标集中，主假目标幅度增大，次假目标相对幅度降低，假目标数量减少。同时由于τ增大，其引起的时间延迟导致真假目标之间的距离增大，假目标逐渐远离真实目标。

当占空比τ/Ts增大到50%时，成为间歇采样直接转发干扰，其干扰效果如图5(c)所示。

3.3 需要特殊说明的情况

前文分析中，为了防止主假目标与其他次转发的次假目标相互混叠，主次假目标间隔Δt应大于(M-1)τ。研究中发现，当占空比不变，采样周期Ts增大到某些特定值，使得τ为Δt的整数倍时，主假目标与其他次转发的次假目标相互混叠，使得假目标幅度得到加强，形成多个假目标群。如图6所示，当τ=1 μs、Ts=12 μs时，τ=Δt=1 μs，此时，第1组主假目标与第2组次假目标、第3组第2次假目标、……混叠，第1组次假目标与第2组主假目标、第3组次假目标、……混叠，使得干扰形成一个幅度比较一致的主假目标群和一个次假目标群，干扰覆盖范围达到(M-1)τ。

图6 假目标加强的干扰效果

4 结束语

本文简要介绍了间歇采样重复转发干扰的原理，分析了干扰形成的条件，研究了采样周期和采样脉冲占空比对干扰效果的影响，并进行了仿真验证。研究结果表明，间歇采样重复转发干扰通过设置合适的干扰参数，可获得比间歇采样直接转发干扰更好的干扰效果，能够为实际应用中装备参数设置提供有益参考。