一种非均匀组合间歇采样转发干扰方法研究

郝万兵 张 军 陈 剑

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

现代信息化战争中,电磁频谱对抗是破敌制胜的关键[1]。作为重要的电磁频谱载体,敌我双方雷达与干扰装备的对抗呈现日益激烈的态势[1]。针对线性调频雷达,干扰方常采用相干压制、假目标欺骗等方式对雷达进行干扰,典型的干扰样式为间歇采样转发干扰,具备抗雷达脉间捷变的能力,通过调整采样时间、发射时间与多普勒频移等参数,可达到相参压制或者导前假目标干扰的效果[3]。

随着技术的进步,新体制雷达的抗干扰能力逐渐提升,可通过时域、频域、空域、能量域、极化域等多维度抗干扰措施,使得干扰信号无法进入处理接收机或者进入接收机后被识别与剔除[1]。大量的理论推导与对抗试验表明,传统的间歇采样转发干扰一般采用较规律的参数,干扰信号经雷达天线接收进入接收机,混频后经A/D采样,经过脉压与MTD处理后,假目标的距离波门间隔与能量呈现一定的规律性,雷达在处理域通过对信号处理后假目标的特征进行提取与学习,识别干扰信号并剔除,消除或降低干扰方对雷达的影响[2]。为了保证干扰方对上述抗干扰措施的干扰效能,提高干扰信号的抗识别能力非常重要。本文基于传统间歇采样转发干扰产生过程,在雷达信号采样过程中,采用非均匀方法完成信号相干采集;在干扰信号生成过程中,采用组合重构的方法完成干扰波形生成。通过Matlab仿真试验,验证了改进方法的良好性能。

本文阐述了间歇采样转发干扰的产生过程,对传统方式产生的假目标特性进行了分析。基于分析结果,从两个方面提出了改进措施,采样过程中基于伪随机m序列生成各采样片段的长度,产生过程中基于片段重排生成干扰波形。仿真实验中,对各阶段的脉压特征做分析,总结了改进方法的假目标效果。

1 间歇采样转发干扰

1.1 产生原理

间歇采样转发干扰的处理过程:截获到大时宽雷达信号,高保真采样其中的一小段信号后马上进行处理转发,然后再采样、处理转发下一段,采样转发分时交替工作直到大时宽信号结束[4]。图1是间歇采样转发干扰产生示意图,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷达信号的时间;Ei(1≤i≤N)表示将所接收到的雷达信号转发的时间。

图1 间歇采样转发干扰产生示意图

假设采样时长为Tr,采样转发周期为Ts,那么间歇采样包络脉冲为

(1)

通过傅里叶变换得到间歇采样包络脉冲的频谱为

(2)

威胁雷达信号为x(t),其脉宽为T,频谱为X(f),干扰机在截获到雷达信号后对其进行间歇采样处理,即以p(t)与其做相乘运算,得到采样信号为

xs(t)=p(t)x(t)

(3)

从而得到采样信号的频谱为

(4)

假设雷达匹配滤波函数为h(t),则干扰信号经过雷达脉压处理后的脉冲压缩信号为

ys(t)=xs(t)*h(t)

(5)

使用雷达模糊函数的概念分析间歇采样转发干扰脉冲压缩后的特点,假设雷达发射信号x(t)的模糊函数为χ(τ,ξ),则[5]

(6)

脉冲压缩处理后,间歇采样转发干扰的脉压信号可以重新表示为

(7)

从式(7)可以看出间歇采样转发干扰可以使雷达产生一串在径向距离上对称分布的假目标回波信号,且假目标的功率由对称中心向两边衰减。

相邻假目标的脉压距离为

(8)

功率最大假目标距离两个相邻的假目标的脉压距离是正常脉压距离的一半,为

(9)

不叠加多普勒频移的情况下,功率最大假目标所处的脉压距离点与真实回波信号脉压点距离重合。

1.2 仿真分析

设置雷达参数:雷达信号为5MHz正线性调频信号,脉冲宽度为80μs,脉冲重复周期1ms,采样时长和转发时长都为5μs。间歇采样时域实部信号如图2(a)所示,原始信号与干扰信号的频谱图如图2(b)所示,脉压结果如图3所示。

图2 时域图与频谱图

图3 原始信号与间歇采样干扰脉压结果图

从图2(a)中可以看出采样方式为均匀采样。从图2(b)中可以看出间歇采样干扰信号的频谱被均匀分割,分割比例为收发次数8。从图3中可以看出功率最大假目标所处的脉压距离点与真实回波信号脉压点距离重合为80μs,相邻假目标的脉压距离为3μs,功率最大假目标距离两个相邻的假目标的脉压距离是1.5μs,与1.1节理论分析一致。

2 非均匀间歇采样转发干扰

2.1 产生原理

上节中对传统间歇采样转发干扰的原理、产生过程及干扰效果进行了介绍,理论分析表明,假目标的脉压结果以功率峰值所处脉压距离点为中心向两边呈对称形态衰减,具有较强的规律性,易被雷达处理端识别并剔除。因此,在传统间歇采样转发干扰产生的方式基础上,对采样方式进行改进,本文使用基于伪随机m序列的非均匀采样方式,获取雷达信号片段[5]。

非均匀间歇采样转发干扰的处理过程:产生一组伪随机m序列,截获到大时宽雷达信号,高保真采样当前m序列对应长度的一小段信号后马上进行处理转发,然后再采样、处理转发下一段,每次采样长度取自m序列计算结果,采样转发分时交替工作直到大时宽信号结束[4]。图4为非均匀间歇采样转发干扰产生示意图,其中Ri(1≤i≤N)表示接收雷达信号的时间;Ei(1≤i≤N)表示将所接收到的雷达信号转发的时间。

图4 非均匀间歇采样转发产生干扰示意图

假设第i个采样时长为Tri,采样转发周期为Tsi,那么非均匀间歇采样包络脉冲为

(10)

通过傅里叶变换得到非均匀间歇采样包络脉冲的频谱为

(11)

按照上节中的方式对所截获的雷达信进行非均匀间歇采样处理,得到采样信号频谱为

(12)

脉冲压缩处理后,间歇采样转发干扰的脉压信号可以重新表示为

(13)

从式(13)可以看出非间歇采样转发干扰可以使雷达产生一串在径向距离上分布随机的假目标回波信号,假目标的功率从峰值点至两端总体呈衰减趋势,但幅度变化率呈随机化。

相邻假目标的脉压距离为

(14)

2.2 仿真分析

设置雷达参数:雷达信号为5MHz正线性调频信号,脉冲宽度为80μs,脉冲重复周期1ms,采样时长和转发时长使用预设m序列值产生。非均匀间歇采样时域实部信号如图5(a)所示,原始信号与干扰信号的频谱图如图5(b)所示,脉压结果如图6所示。

图5 时域图与频谱图

图6 原始信号与非均匀间歇采样干扰脉压结果图

从图5(a)中可以看出采样方式为非均匀采样。从图5(b)中可以看出非均匀间歇采样所生成干扰信号相较雷达信号在频谱上被非均匀分割,各片段对应频谱间距与幅度均不同。从图6中可以看出假目标的功率从峰值点至两端总体呈衰减趋势,但幅度变化率呈随机化,与2.1节理论分析一致。

3 非均匀组合间歇采样转发干扰

3.1 产生原理

上节中对非均匀间歇采样转发干扰的原理、产生过程及干扰效果进行了介绍,理论分析表明,假目标的脉压结果以功率峰值所处脉压距离点为中心总体呈衰减趋势,但幅度变化率呈随机化,脉压结果的规律性大幅降低。本文在上节基础上,转发干扰时,对随机采样后的片段重新排序组合,重构后发射干扰波形,进一步降低干扰信号脉压结果的规律性,同时扩大前置假目标的前置距离[6]。

非均匀组合间歇采样转发干扰的处理过程:产生一组伪随机m序列,截获到大时宽雷达信号,按照m序列对应长度高保真采样,获取采样片段后,重新排序组合,重构生成新的干扰波形转发。非均匀采样方式与2.1节相同,波形重构如图7所示。

图7 非均匀组合间歇采样干扰波形重构示意图

3.2 仿真分析

设置雷达参数:雷达信号为5MHz正线性调频信号,脉冲宽度为80μs,脉冲重复周期1ms,采样时长和转发时长使用预设m序列值产生,波形重构规则为倒序重构,顺序为8->7->6->5->4->3->2->1。非均匀组合间歇采样时域实部信号如图8(a)所示,原始信号与干扰信号的频谱图如图8(b)所示,脉压结果如图9所示。

图8 时域图与频谱图

图9 原始信号与非均匀组合间歇采样干扰脉压结果图

从图8(a)中可以看出采样方式为非均匀采样。从图8(b)中可以看出非均匀间歇采样所生成干扰信号相较雷达信号在频谱上被非均匀分割,各片段对应频谱间距与幅度均不同。从图9中可以看出脉压后假目标脉压距离点分布范围扩大,最大前置距离为15μs,且各峰值点幅度分布随机化,干扰规律性进一步降低,且能产生较大前置距离的假目标。

4 结束语

从上述原理介绍与仿真分析表明:

1)传统间歇采样干扰的频谱分割均匀、产生的假目标脉压处理后距离点的间隔呈规律趋势,脉压幅度分布呈Sinc分布趋势;

2)非均匀间歇采样干扰频谱分割不均匀、特征不明显,产生的假目标脉压处理后距离点间隔随机化,产生的假目标导前距离较小,脉压幅度从峰值点至两端总体呈衰减趋势,幅度分布随机;

3)非均匀组合间歇采样干扰频谱分割不均匀、特征不明显,产生的假目标脉压处理后距离点间隔随机化,可产生较大导前距离的前置假目标,脉压幅度分布随机。

实际对抗过程中,可根据实际对抗需要,选择合理的m序列分布范围、波形重组原则,防止被雷达处理端识别,并达到最佳干扰效果。

论文对传统间歇采样、非均匀间歇采样、非均匀组合间歇采样的产生原理进行了介绍,并在Matlab中仿真验证,仿真结果与理论分析符合。实际使用过程中,如何选择合理的m序列分布范围、波形重组原则有待进一步研究。