一种基于DRFM的针对LFM雷达的自适应复合干扰技术

一种基于D R F M 的针对L F M 雷达的
自适应复合干扰技术
徐 磊,俞成龙,陈 旭
(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101
)摘要:数字射频存储器(D R F M )不断发展成熟,越来越多地应用于线性调频(L F M )
脉冲压缩雷达干扰中㊂常规压制干扰在全距离段对雷达进行压制,功率利用率较低,常规移频欺骗干扰容易被雷达识别,并且压制和欺骗干扰往往分时实施㊂针对L F M 脉冲压缩雷达,提出了一种基于D R F M 的自适应压制欺骗复合干扰方法,以掩护目标为目的形成可设宽度的条带式压制干扰,以距掩护目标指定位置为起始形成距离拖曳式自适应欺骗干扰,且压制和欺骗干扰可同时实现㊂最终基于M a t l a b 仿真平台的大量仿真实验和性能分析证明了该干扰对L F M 脉冲压缩雷达有效㊂
关键词:数字射频存储器;移频干扰;条带式压制干扰;自适应欺骗干扰中图分类号:T N 972 文献标识码:A 文章编号:C N 32-1413(2021)02-0018-05
D O I :10.16426/j .c n k i .j
c d z d k .2021.02.004A n A d a p t i v e C o m p o s i t e J a m m i n g T e c h n o l o g y
t o L F M R a d a r B a s e d o n D R F M
X U l e i ,Y U C h e n g -l o n g
,C H E N X u (T h e 723I n s t i t u t e o f C S I C ,Y a n g
z h o u 225101,C h i n a )A b s t r a c t :D i g i t a l r a d i o f r e q u e n c y m e m o r y (D R F M )h a s b e e n c o n t i n u o u s l y d e v e l o p
e d a n d m a t u r e d ,a n d i s i n c r e a s i n g l y u s e d i n l i n e a r
f r e q u e n c y m o d u l a t i o n (L F M )p u l s e c o m p r e s s i o n r a d a r j a mm i n g
.C o n v e n t i o n a l b l a n k e t j a mm i n g s u p p r e s s e s r a d a r a t f u l l r a n g
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f r e q u e n c y s h i f t d e c e p t i o n j a mm i n
g i s e a s i l y r e c o g n i z e d b y r a d a r .S u p p r e s s i o n a n d d e c e p
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收稿日期:20200622
0 引 言
线性调频(L F M )
信号脉冲压缩雷达,因其具有良好的功率优势,以及对回波多普勒不敏感的特性,
具有广泛的应用[1-2]
㊂在数字射频存储器(D R F M )
技术的发展推动下,干扰技术也得到了快速发展,传统的模拟干扰变为了数字干扰,转发信号与原始信
号具有很高的相干性[3
],且干扰信号相关性好,使干
2021年4月舰船电子对抗
A p
r .2021第44卷第2期
S H I P B O A R D E L E C T R O N I C C O U N T E R M E A S U R E
V o l .44N o .2
扰具备压制㊁欺骗的双重特性,能有效对抗雷达的脉压系统,功率利用率高,干扰效果好㊂对雷达辐射源信号脉内特征评估的研究成为雷达对抗领域中的一
个研究方向[4
]㊂基于D R F M 技术的干扰有全脉冲转发干扰㊁式样脉冲干扰㊁准式样脉冲干扰等[
5
]㊂文献[6]对基于D R F M 技术的干扰进行了研究,将截获到的信号进行幅度㊁频率㊁相位调制后作为干扰信号转发给雷达,得到较好的干扰效果㊂L F M 信号的距离多普勒耦合特性使得移频转发干扰具有较好的干扰性能㊂针对L F M 脉冲压缩雷达开展基于
D R F M 技术的移频调制干扰技术研究具有十分重要的意义㊂
现有的移频欺骗干扰易被雷达识别,压制干扰全距离段压制,造成功率浪费,且欺骗压制分时实施,针对此问题,本文提出一种基于D R F M 技术的自适应压制欺骗复合干扰方法,产生以掩护目标为中心的可设宽度的条带式压制干扰和预设起始干扰位置的距离拖曳式欺骗干扰,并且压制欺骗干扰同时实施㊂给出了移频干扰对L F M 雷达的干扰机理,给出自适应干扰信号的模型及实现步骤,并进行了大量仿真实验和性能分析㊂
1 移频干扰对L F M 雷达的干扰机理
L F M 信号是一种常用的雷达脉冲信号,
具备大时宽带宽积的优势,可用脉冲压缩获取增益,并且对目标回波信号的多普勒频移不敏感,技术较为成
熟[7]
㊂雷达接收到目标反射回的电磁波,在信号处
理系统中进行脉冲压缩,实质上是对雷达回波信号进行匹配或降旁瓣失配滤波处理㊂在匹配滤波处理中,与雷达发射波形不相关的干扰信号不能获得相应的处理增益,提升了雷达的抗非相参干扰能力㊂
L F M 信号定义为:
s (t )=
1
T
e
j (2πf 0
t +πK t 2),0ɤt ɤT (1
) 移频干扰信号是由D R F M 系统对截获的线性调频雷达信号相位调制后转发而形成的,干扰信号
进入雷达接收机后,相对于原信号,其信号频率发生了f ψ的频移,移频干扰信号定义为:
s ψ(t )=
1T
e
j (2π(f 0+f ψ
)
t +πK t 2),0ɤt ɤT (2
) 经匹配滤波器后输出的信号为[8]
:y ψ(t )=ʏ
ɕ
-ɕ
h (τ)s ψ(t -τ)d τ=s i n πB (t -T +f ψK )(1-t -T T )
πB (t -T +f ψK )(1-t -T
T )㊃
(1-t -T T
)㊃e j 2π(f 0+f
ψ2+B 2)(t -T )+f
ψ2T ,0<t <2T (3
) 式(3)表明,基于D R F M 的移频干扰信号进入
雷达接收机后,经过匹配滤波处理后的输出为中心频率为f 0+B 2+
f ψ
2
的单频振荡信号,其包络为:y ψ(
t )=s i n πB (t -T +f ψK )(1-t -T T )
πB (t -T +f ψK )(1-t -T
T
)㊃(1-t -T T ),0<t <2T (4
) 频移量为f ψʂ0时,
雷达进行匹配滤波后输出的峰值将偏移到位置t =T -f
ψK
处;f ψ>0时,
干扰经雷达接收滤波后产生的主峰导前;f ψ<0时,干扰经雷达接收滤波后产生的主峰滞后㊂加入频移后的干扰回波与雷达进行失配滤波处理,输出的主峰宽度将被一定程度展宽,幅度有所下降㊂
雷达接收到的相同功率的目标回波匹配滤波输出峰值y m a x 和移频干扰回波失配滤波峰值y ψm a x 关系为:
y ψm a x =(1-f ψ
B
)y m a x (5
)2 基于D R F M 的自适应压制欺骗复
合干扰方法
针对L F M 雷达,设计了一种基于D R F M 技术
的自适应压制欺骗复合干扰方法㊂该方法对接收到的雷达信号进行式样截取,通过对截取信号进行移频调制,在距掩护目标指定距离处形成欺骗干扰,在脉间内利用窗函数特性曲线对移频量进行二次调制,产生自适应距离拖曳干扰㊂根据截获的雷达信号时宽㊁带宽和预设的干扰位置自动计算欺骗干扰的移频量,根据拖曳策略及选定的窗函数生成二次移频量㊂通过对截取信号进行移频调制的同时进行
9
1第2期徐磊等:一种基于D R F M 的针对L F M 雷达的自适应复合干扰技术
变调频斜率调制,以掩护目标为目的在目标位置形成可设宽度的条带式压制干扰㊂根据截获的雷达信号时宽㊁带宽和掩护目标的位置计算压制干扰的移频量,根据设置的压制范围自动计算调频斜率调制量㊂
信号模型如图1所示,单个脉冲内期望得到的
干扰效果如图2所示㊂
图1
干扰信号模型示意图
图2 单个脉冲干扰期望效果图
自适应干扰具体实现步骤如下,流程图如图3
所示㊂
(1
)截取雷达信号并对参数进行分析,获得截取段的线性调频信号时宽宽度T 1,带宽宽度B 1㊂(2
)计算截获的雷达信号调频斜率K ,给出干扰机转发延时时间t 0㊂
(3
)生成干扰(分2种情况):①生成条带式压制干扰J 1
(a
)设置以掩护目标为中心的条带式压制干扰压制范围J 1R ㊂
(b
)计算该压制范围下变调频斜率调制后的调频斜率k 1
:
图3 自适应干扰方法流程
k 1=a ˑK =1
1-2J 1R 1.5T 1C
ˑK
(6)式中:a 为调频斜率改变系数;C 为光速;K 为原信号调频斜率;J 1R 为压制范围;T 1为截取信号的时宽㊂
(c
)计算将条带式压制干扰中心调制到掩护目标位置的移频量f J 1ψ:
f J 1ψ=(T 1+t 0-T 1ˑ1
.5ˑ(1-1
a
))ˑK (7
) (d
)生成干扰中心与被掩护目标位置重合的条带式压制干扰J 1㊂
②生成欺骗干扰
以下公式中B 为雷达信号带宽可根据侦察估
计值确定,如无法确定则取B 1㊂
(a
)设置初始干扰距离J 2R 0,即经雷达匹配滤波后第一个干扰脉冲距离被掩护目标的距离,滞后被掩护目标为正,超前目标为负㊂
J 2R 0ɪ
C ˑ(T 1+t 0-B
K )2
,
C ˑ(T 1+t 0+B 1K
)2
(8
) (b )计算第1个转发脉冲的初始频移量f J 2ψ0㊂
02舰船电子对抗 第44卷
f J 2ψ0=(t 0+T 1-2J 2R 0
C
)ˑK (9
)式中:移频范围为[-B 1,B ]
㊂(c
)设置欺骗干扰策略,选择脉间距离拖曳干扰以初始干扰距离为起点后拖或前拖,如后拖,移频量逐个脉冲减小;如前拖,移频量逐个脉冲增加,具体移频量计算见(d
)㊂(d )计算第i 个脉冲的移频量f J 2ψi ㊂
前拖干扰二次移频最大值为f Δψm
a x =B -f J 2ψ0,后拖干扰二次移频最小值为f Δψm i n =-B 1-f J 2ψ0㊂
设对雷达进行N 脉冲时间干扰,取点数为2N
的窗函数为w ,则前拖干扰第i 个移频增量为f Δψm a x ˑw (i ),后拖干扰第i 个移频增量为f Δψm i n ˑw (i )㊂(e
)生成距被掩护目标指定距离为起始的前拖或后拖自适应欺骗干扰J 2㊂
(4
)将压制干扰和欺骗干扰进行加权调制,形成复合干扰:
J =ðK
n =1
αJ 1+βJ 2
(10
)式中:n 为掩护目标个数,n ɪ(1,2, ,K );α,β为
压制干扰和欺骗干扰权重㊂
场景应用实例:干扰机掩护5架突防飞机,在远
区时,将n 设置为5,权重β调节为0,干扰机对
L F M 雷达实施远距离多条带式压制干扰㊂飞机突
防到一定距离后,调节权重α,β值,干扰机对L F M 雷达实施压制和欺骗复合式干扰㊂在近区时,根据突防的飞机数量调节n 值,将权重α调节为0,干扰机对L F M 雷达实施距离拖曳式欺骗干扰㊂
3 仿真分析
参数设计:雷达信号带宽B =50MH z
,时宽T =50μs ,重复周期f P R T =250μs ,采样率F s =100MH z ,底噪功率P 1=-10d B ,
信号功率P 2=0d B ,数字储频截取时宽T 1=25μs
,等待转发时间t 0=0
.1μs ,干扰机及掩护目标距雷达距离R =15k m ,压制干扰覆盖范围J 1R =950m ,压制干扰幅度调制α=60d B ,
欺骗干扰距掩护目标初始距离J 2R 0=5k m ,欺骗干扰幅度调制β=30d B ,
拖曳方式为后拖,移频调制窗函数w 选择h a mm i n g 窗㊂
常规移频干扰移频量为-8.233MH z
㊂仿真结果如图4~图7所示㊂
图4给出了雷达初始脉冲受干扰前后脉压结果
的对比,受干扰前雷达可正常检测到目标,受到自适应干扰后,以被掩护目标为中心产生条带式压制干
扰效果,距离掩护目标5k m 处产生欺骗干扰效果㊂
图4 初始脉冲受干扰前后脉压结果对比图
图5㊁图6给出了干扰前后多脉冲脉压结果对比仿真三维图和俯视图,受干扰前雷达可正常检测到目标,受到自适应干扰后,在32个脉冲持续时间内,以被掩护目标为中心持续存在条带式压制干扰效果,距离掩护目标5k m 处产生的欺骗干扰逐个脉冲向
后拖曳㊂图7给出了常规移频干扰下多脉冲脉压结
果,在距离掩护目标5k m 处产生欺骗干扰效果,
常规移频干扰易被雷达识别㊂
由M a t l a b 仿真结果得知干扰效果和设计保持
一致,本文所提自适应干扰方法能对L F M 雷达产生较好的干扰效果,且不易被雷达识别㊂
1
2第2期徐磊等:一种基于D R F M 的针对L F M 雷达的自适应复合干扰技术
图5 干扰前后多脉冲脉压结果对比三维图
图6
干扰前后多脉冲脉压结果对比俯视图
图7 常规移频干扰下多脉冲脉压结果
4 结束语
基于数字储频技术,提出了一种针对L F M 雷
达脉冲压缩的自适应压制欺骗复合干扰方法㊂利用截获的雷达信号时宽㊁带宽㊁转发延时设置干扰参数,自动生成移频干扰所需的移频量㊂以掩护目标为中心形成可设宽度的条带式压制干扰,在距掩护
目标指定距离为起始,形成距离拖曳式自适应欺骗干扰,且压制和欺骗干扰可同时实施㊂并对其进行了仿真分析,验证了算法的有效性㊂在仿真中欺骗干扰进行了后拖动处理,前拖处理原理与之相同,不再赘述㊂仿真参数为效果示意,不代表雷达真实参数㊂
(下转第60页)
图9 跟踪假目标信号波形和跟踪态势
C P U+G P U 结构干扰效果评估仿真系统设计方法,较传统信息级仿真更贴近实际情况,成本较半实物仿真系统大幅降低,时效性㊁可升级㊁可扩展性显著提高㊂文中设定的场景和仿真试验结论并不具有普遍性,供业界研究人员参考㊂有关在复杂电磁环境下对抗跟杂及多模复合制导反舰导弹效果评估仿真有待进一步研究㊂参考文献
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