反數字儲頻干擾雷達波形設計研究

反數字儲頻干擾雷達波形設計研究隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)的迫切需求和微電子技術的飛速發(fā)展，數字射頻存儲（DRFM）技術對整個電子對抗領域發(fā)生了極其深遠的影響，DRFM能捕獲和存儲不同的雷達信號和經過特殊調制的信號波形，可以有很長的存儲時間，能夠精確復制原始信號。DRFM不僅具有寬瞬時帶寬輸入處理能力，而且具有存儲頻率精度高、不丟失相位信息、信號保真度好等特點，可方便地產生各種欺騙性干擾信號和遮蓋性干擾信號，成為干擾PD、PC等現(xiàn)代雷達的關鍵部件。1、DRFM工作原理及類型1.1、DRFM基本結構數字射頻存儲器的簡單組成框圖如圖1所示。圖1數字射頻儲存器組成框圖圖1中輸入的射頻信號經下變頻，再經采樣量化和多路分配后存儲到高速存儲器中。根據干擾的需要，經過適當的延時，信號需經過數模轉換和上變頻過程，以恢復到原始信號波形。DRFM系統(tǒng)的瞬時帶寬主要由ADC轉換器的采樣率決定，而系統(tǒng)工作頻帶的擴展，可通過本振的切換來實現(xiàn)。DRFM使用雙端口靜態(tài)RAM作為高速數字存儲器，以確保對信號記錄和再現(xiàn)同時進行。除此以外，DRFM系統(tǒng)可以通過在高速存儲器與通用計算機之間的數據傳輸和交換來擴展其應用領域。1.2、基本類型數字儲頻的關鍵技術是對信號的量化、存儲和重構。根據量化方式不同，DRFM可分為單通道幅度量化DRFM、正交雙通道幅度量化DRFM、相位量化DRFM和幅相量化DRFM。2、數字儲頻干擾特點a.相干干擾特性：由于DRMF技術不僅對相干脈沖信號可以長時間內地相干復制，而且能夠將雷達信號的脈內調制特征無失真地復制下來。這使基于DRFM的雷達干擾技術為干擾相干雷達提供了基礎。

b.距離波門欺騙：對每個接收的輻射源脈沖信號，通過對它反復的逐漸延時，可以直接產生用于距離門拖引技術的輸出?？梢源鎯θ我忾L度的相干信號，并可光滑而精確地控制延時和輸出脈寬。

c.速度波門欺騙：當需要移動信號頻率時，可以通過移動上變頻振蕩器中的頻率（相對于下變頻振蕩器）獲得?；蛴肈DS直接產生數字頻率，進行數字正交混頻以獲得多普勒頻移。

d.具有產生多個假目標的能力。從存貯器中調用的信號可用來在整個距離上產生許多假目標。DRFM具有在無限長的時間內轉發(fā)相參及非相參脈沖的能力。在所關心的時間內，能保證單目標、多目標的相參復制和相參距離門拖引技術的實現(xiàn)。

e.引入DSP作為控制單元，可自適應的控制產生相參、非相參的各種干擾源。

f.多輻射源。多次使用DRFM存貯器中的一個存貯模塊就可以連續(xù)地提供信號。同樣，可以交替使用數字存貯器中兩個或多個存貯器模塊或在DRFM中存貯兩個頻率的和，以獲得若干可控譜線的射頻輸出。

g.采用DSP/CPU作為控制中心，為相參干擾源提供靈巧、智能化的控制方法還可完成先進的功率管理功能，同時對基于DRFM的雷達干擾的工作方式實施靈活、有效地控制。3、雷達波形設計隨著技術的成熟和性能的提高，DRFM的應用范圍不斷擴大，在未來的軍事電子系統(tǒng)中起到越來越大的作用。由于基于DRFM的雷達干擾技術對雷達的威脅非常大，所以如何反數字儲頻干擾的研究顯得尤為重要。就雷達系統(tǒng)而言，其發(fā)射波形是一個非常重要的方面，雷達波形設計是雷達系統(tǒng)最佳綜合的重要內容，如果能把雷達波形設計成干擾機無法識別的信號，就能達到反數字儲頻干擾的目的。在參考文獻[1]、[2]提出的兩種相位擾動LFM信號（Multi-tonePhase-modulatedLFM和SlopevaryingLFM）的基礎上，分析一種把兩種相位擾動結合起來的階段相位擾動LFM信號和一種脈內非線性調頻脈間相位編碼信號，并進行仿真。3.1、階段相位擾動的LFM信號分析階段相位擾動LFM信號即是把偽隨機相位擾動LFM信號（Multi2tonePhase2modulatedLFM）和階段相位擾動LFM信號（SlopevaryingLFM）結合起來考慮。在改變線性調頻信號斜率的同時，另外附加一個隨機相位擾動，等于在隨機的不同調頻斜率信號上，增加了隨機相位擾動。因此，干擾方要實現(xiàn)對雷達信號的參數估計就更難了。在不同的脈沖重復周期內發(fā)射不同的調頻斜率信號，同時，附加隨機相位擾動信號。對于變斜率相位擾動信號，幅度信號表示為：

a(t)=exp[jφ(t)]定義雷達發(fā)射信號的第m個脈沖重復間隔的

a(t)的相位為：

φ(t)=γmt2其中，γm為一雷達發(fā)射方已知的隨機數，為了保證幅度調制信號a(t)的帶寬在原LFM信號內，該參數應該確定為LFM信號調制系數k的一定百分比。經過相位擾動，該信號的調制系數變?yōu)閗+γm。另外，為了保證所有的發(fā)射脈沖具有相同的寬度，脈寬應隨調制系數的改變而改變。假設發(fā)射信號在脈沖持續(xù)時間內存在相位擾動，擾動量表示為：

rd(t)=exp[jφ(t)]其中φ(t)為調制的線性調頻信號的相位擾動，為了防止干擾方對信號進行參數估計或是在下一個脈沖重復周期（PRI）內轉發(fā)信號進行干擾，φ(t)為偽隨機信號。同樣，第m個脈沖重復周期內雷達發(fā)射的偽隨機相位擾動LFM信號表示為：

rdm(t)=exp[jφm(t)]

其中在不同的脈沖發(fā)射周期內所發(fā)射信號除了調頻斜率不同，而且相位參數也是不同的，發(fā)射信號的相位參數對于發(fā)射方是一組確知的序列，對于非發(fā)射方則是未知的，表現(xiàn)為偽隨機序列。（amn，wmn，θmn）均為偽隨機序列。Wmn的取值范圍應是在LFM信號基帶內。因此，第m個脈沖重復周期內階段相位擾動LFM信號表示形式為：

階段相位擾動LFM信號表示形式為：

假設信號參數為：載頻為1GHz，信號帶寬為400MHz，脈沖持續(xù)時間為25μs，amn服從高斯分布，wmn服從（0，115MHz）的均勻分布，θmn服從（0，2π）的均勻分布，N=15。圖2～圖4為仿真階段相位擾動LFM信號的頻譜圖、m個脈沖重復周期內自相關函數和不同脈沖重復周期的互相關函數圖。圖2階段相位擾動LFM信號的頻譜圖圖3、階段相位擾動LFM信號的自相關函數圖4、階段相位擾動LFM信號的互相關函數由圖可知，階段相位擾動LFM信號具有很好的自相關性，而互相關性很弱，而且峰值遠遠低于自相關函數峰值，不同脈沖發(fā)射周期的雷達信號具有很弱的相關性，可見針對數字儲頻干擾方式，階段相位擾動LFM信號具有很好的抗干擾性。階段相位擾動LFM信號是針對數字儲頻干擾方式對信號進行幅度和相位調制從而產生相位擾動的抗干擾信號，在抗干擾方面結合了MT2PMLFM信號和SVLFM信號的優(yōu)點。MT2PMLFM信號產生一組隨機的相位信號達到抗干擾的目的，而且MT2PMLFM信號由于自身信號產生的復雜性，加大了干擾方進行信號參數估計的難度，并且很難被復制。SVLFM信號是通過調頻斜率的偽隨機變化產生相位擾動，脈沖持續(xù)時間隨著調頻斜率的變化而相應的變化，保證了不同脈沖重復周期發(fā)射的雷達信號作用在同一個信號帶寬內，同時SVLFM信號相關性很差，對于數字儲頻式干擾可以有效進行抗干擾。3.2、脈內非線性調頻脈間相位編碼信號分析a.脈內非線性調頻信號LFM矩形脈沖信號的復數表達式為：

其中，k=

為脈內頻率變化頻率，B為頻率變化范圍，而

為信號的復包絡。由表達式可知，LFM矩形脈沖信號的時域特點是在脈內，斜率為正時，信號載頻線性上升，斜率為負時，信號載頻線性下降。這里的脈內非線性調頻信號是在線性調頻信號的相位上增加一個擾動量：

r(t)=exp[jφ(t)]同樣，在確定的一個脈沖重復周期內

上式中，（an，wn，θn）是一組偽隨機序列，a服從高斯分布，w服從（0，1MHz）的均勻分布，θ服從（0，2π）的均勻分布，N=15。即：在不同的脈沖發(fā)射周期內所發(fā)射信號的相位參數是不同的，發(fā)射信號的相位參數對于發(fā)射方是一組確知的序列，對于非發(fā)射方則是未知的，表現(xiàn)為偽隨機序列。Wmn的取值范圍應是在LFM信號基帶內。取參數脈寬為τ，τ=10μs，調頻帶寬為B，B=4MHz，中心頻率為f0，f0=30MHz。b.脈間相位編碼信號相位編碼信號一般采用二相編碼調制或四相編碼調制的直接序列調制信號。直接序列調制信號的解擴處理，是用相同碼型的參考信號與其相乘，只要做到參考碼與接收機碼同步，則接收機將同步的有用輸入信號從碼調制的帶寬變換到基帶調制的帶寬[4]。與此同時，將非同步的輸入干擾信號擴展到碼調制的帶寬上。經帶通濾波器的處理，可以抑制干擾信號，提取有用的信號。直接序列調制系統(tǒng)的處理增益等于所采用的調制碼碼長。相位編碼的信號可表示為[5]

S(t)=A·Ci·exp（j2πf0t+jφ）其中，{Ci}為N位碼元（N為碼元個數），脈寬τ=N·τ0，（τ0為碼元寬度），并且且（（i-1）·τ0<t<iτ0），碼元寬度為10μs設置13位二相編碼信號，code=[1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1]，碼元寬度為10μs。c.對脈內非線性調頻脈間相位編碼信號進行仿真分析，碼元寬度為10μs。圖5、脈內非線性調頻脈間相位編碼信號頻譜圖圖6、脈內非線性調頻脈間相位編碼信號自相關函數圖7、脈內非線性調頻脈間相位編碼信號互相關函數圖脈壓雷達的核心是匹配濾波，干擾信號和雷達發(fā)射信號的失配有利于消除干擾。脈內非線性調頻脈間相位編碼信號造成干擾信號和雷達發(fā)射信號失配，弱化了干擾和回波的相干度，從而強化了干擾信號的“抖動”。互相關峰值比自相關峰值低很多，雷達采用這種信號后，干擾信號幾乎始終和發(fā)射信號處于失配狀態(tài)，可以很好的抑制延遲轉發(fā)的干擾信號。從方位上看，在相鄰的多個發(fā)射周期內的干擾信號的匹配濾波輸出幅度就會“抖動”。針對數字儲頻干擾方式，脈內非線性調頻脈間相位編碼信號同樣具有很好的抗干擾性。4、結束語有關數字儲頻式雷達干擾的反干擾技術研究較少，缺乏相關文獻資料。本文通過對數字儲頻式雷達干擾的分析，設計了兩種雷達波形信號，通過分析該波形的頻譜、自相關函數和互相關函數，并進行仿真驗證，能夠滿足反數字儲頻干擾的需要。但僅僅是在理論上分析這些波形可以達到很好的抗干擾效果，還不能應用到實際的裝備上，所以，還要在這方面進行更深的研究。

[1]張焱.SAR高分辨成像及抗干擾技術研究[D].成都：電子科技大學,2007.

[2]MehrdadSoumekh.SAR2ECCMusingPhasePerturbedLFMChirpSignalsandDRFMRe2

peatJammerPenalization[J].IEEETransactiononAES,2006,42（1