对相位编码雷达多假目标干扰的研究

陈福兴，黎明也，邱卫军

(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

1 相位编码信号特征

相位编码雷达信号是一种脉冲压缩扩频信号，具有低截获概率和较强的抗干扰能力。相位编码雷达是具有扩频特征的“复杂波形”雷达，不仅克服了脉冲雷达在同时提高发现能力、距离和速度测量精度及分辨力方面的矛盾，同时也使其在雷达对抗中具有了独特的优势。相位编码雷达能在频谱上控制雷达辐射的能量，和脉冲雷达相比，在同样的距离条件下可以发射较低的平均功率；另一方面，可将辐射功率能量扩散到宽的频带上，降低单位频带内的能量，从而使雷达辐射不易被察觉，降低了被截获的可能。

相位编码雷达信号通常用二元伪随机序列对高频宽脉冲进行相位调制。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。本文以13位巴克码序列为例，分析说明对相位编码雷达多假目标干扰的方法。

巴克序列能获得理想的非周期自相关函数。一般相位编码雷达信号的表达式如下[1]：

s(t)=u(t)ej2πf0t=a(t)ejφ(t)ej2πf0t

(1)

式中：u(t)=a(t)ejφ(t)，为其副包络，φ(t)为相位调制函数，a(t)为幅度调制函数；f0为载波频率。

对于巴克码雷达，取：

(2)

式中：τ为脉冲宽度；τC为每个码元对应的宽度；N为码元数。

每个码元对应的子脉冲的相位相对于某连续波参考信号随机选择为0或π，习惯上，将相位为“0”的子脉冲标示为“1”或“+”，而将相位为π的子脉冲标示为“0”或“-”。对于每个码元，其φ(t)∈(0，π)。13位巴克码的编码规律如图1所示，13位巴克码调制信号时序、频域特征分别见图2、图3。

图1 13位巴克码编码规律

图2 13位巴克码编码调制信号时域特征

图3 13位巴克码编码调制信号频域特征

2 对相位编码雷达产生多假目标的方法

对相位编码雷达产生多假目标，一般采用数字储频全脉冲转发的方式，实现对雷达的假目标模拟。传统的收发分时系统储频转发原理如图4所示，干扰机在接收状态时接收雷达脉冲并将脉冲信号进行存储。存储完成后，干扰机进入发射状态，对存储的信号进行转发。要形成多假目标，需要对存储的脉冲信号进行多次转发。为了形成最密集的假目标效果，转发的脉冲信号需尽可能地密集。如图4所示，进行全脉冲转发时，形成的最密集的假目标距离为τ(τ为雷达信号的脉冲宽度)[2]。

图4 多假目标产生的一般方法

如果雷达的脉冲宽度较大，采用上述方法形成的多个假目标间距较大，难以形成遮盖效果，为了增加假目标的密度，可采用截取法和叠加法形成密度更大的假目标。

2.1 截取法产生多假目标

截取法将雷达脉冲分为多个子段，在发射时，选取一个子段进行转发。截取法的工作原理如图5所示。以1/3截取为例：接收到的雷达脉冲信号等分为a、b、c3个子段(图5(a))，发射时，选取a子段进行转发(图5(b))，转发完成后立即再转发a子段，多次不间断选取a子段进行转发(图5(c)，5(d))，形成的多个假目标的间隔为τ/3(图5(e))。相对于全脉冲转发，增加了假目标的密度。

图5 截取法产生多假目标示意

2.2 叠加法产生多假目标

叠加法同样将侦收到的雷达脉冲信号等分为多个子段，进行干扰时，将各个子段的信号进行叠加后释放。叠加法的原理如图6所示，以3次叠加为例，在侦收雷达脉冲后，将雷达脉冲信号等分为a、b、c3个子段(图6(a))，干扰机进入干扰时，将3个子段数据进行叠加处理，形成a+b+c的叠加数据，幅度处理后进行转发(图6(b))。转发完成后立即再转发a+b+c叠加数据，多次不间断对叠加数据进行转发(图6(c)，6(d))，形成的多个假目标的间隔为τ/3(图6(e))。

叠加法的叠加次数决定了形成假目标的密集程度，一般而言，叠加次数越多，形成假目标密集程度越高，假目标之间的最小间隔为τ/N(τ为雷达信号脉冲宽度，N为叠加次数)。但是，叠加次数增加后，会导致叠加数据与雷达信号的相关性变差，形成的假目标功率损失加大，叠加一定次数后，叠加的数据已经变为噪声数据，难以形成雷达假目标[3]。

图6 叠加法产生多假目标示意

3 对相位编码雷达多假目标干扰的仿真分析

下面以13位巴克码为例对相位编码雷达的多假目标干扰进行仿真分析，分别分析截取法和叠加法对相位编码雷达产生多假目标的情况。

对截取法仿真分析时，以4τ时间长度为分析周期，分别截取1/2脉冲，1/3脉冲，1/5脉冲和1/8脉冲的前后子段[4]。

图7(a)为截取前1/2脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/2；图7(b)为截取后1/2脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/2；图7(c)为截取前1/3脉冲信号的脉压结果，发现脉压后在时间τ后信号幅度变为恒定值。其原因在于13位巴克码的前5位均为1，致使截取的前1/3脉冲内的信号未发生相位变化，从而导致与匹配滤波器失配严重，不能形成压缩峰值；图7(d)为截取后1/3脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/3；图7(e)为截取前1/5脉冲信号的脉压结果，脉压后在时间τ后信号为定值；图7(f)为截取后1/5脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/5；图7(g)为截取前1/8脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/8；图7(h)为截取后1/8脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/8。图7中横坐标均以τ为时间单位。

根据仿真分析，截取法产生的假目标间距为τ/N(N为脉宽的截取等分子段数)，随着N的增大，脉压峰值越来越小。不同截取脉宽产生的假目标的功率损失见表1。

表1 假目标功率损失对比

对仿真结果(c)、(e)进行分析，由于相位编码的特性，若截取的脉冲子段内相位未发生变化，脉压后不能形成压缩峰值，因此利用截取法对相位编码雷达产生多假目标时，需要对相位编码形式及编码码元进行分析，截取适宜的脉冲子段。

图7 截取法产生多假目标仿真

图8 叠加法产生多假目标仿真

对叠加法仿真分析时，同样以4τ时间长度为分析周期，分别选取2次、3次、5次和8次叠加进行分析。

图8(a)为叠加2次脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/2；图8(b)为叠加3次脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/3；图8(c)为叠加5次脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/5；图8(d)为叠加8次脉冲信号的脉压结果，脉压后信号峰值间距为τ/8。图8中横坐标均以τ为时间单位。

根据仿真结果，叠加法产生的假目标间距为τ/N(N为叠加段数)，随着N增大，假目标间隔越密，假目标数也相应增多，但由于片段越小，信号相参性就越差，假目标功率损失就越大。

从信号叠加原理可知，叠加后的信号幅度值提高，将导致数字射频存储器(DRFM)中数模转换器(DAC)的饱和，考虑到实际DRFM系统中DAC有效位数一般多于A/D位数，为分析简便，可不考虑DAC饱和截位。叠加后的信号在经过发射机放大时，叠加信号可以看做是N个子相位编码信号的合成(N为叠加段数)，根据功率合成原理，每个子相位编码信号功率为原始信号功率的1/N。因此，假目标功率应下降为10lg(1/N)。

4 结束语

本文以13位巴克码编码雷达为例，分析了对相位编码雷达产生多假目标干扰的一般方法。针对全脉冲储频转发产生多假目标密集度低的问题，提出了利用截取法和叠加法提高对相位编码雷达干扰的假目标密集度，给出了截取法和叠加法对相位编码雷达产生多假目标的目标间距和功率损耗的仿真计算。本文的研究结果为相位编码雷达的多假目标干扰参数设计和干扰机功率计算提供了依据。