第6章-遮蓋性干擾-雷達(dá)對抗原理-教學(xué)課件

第6章遮蓋性干擾雷達(dá)對抗原理教學(xué)課件第6章遮蓋性干擾第6章遮蓋性干擾6.1概述6.2射頻噪聲干擾6.3噪聲調(diào)幅干擾6.4噪聲調(diào)頻干擾6.5噪聲調(diào)相干擾6.6脈沖干擾第6章遮蓋性干擾6.1概述雷達(dá)是通過對回波信號的檢測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的存在并測量其參數(shù)信息的而干擾的目的就是破壞或阻礙雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、測量目標(biāo)參數(shù)。號sTt。當(dāng)該空間存在目標(biāo)時(shí)該信號會受到目標(biāo)距離、角度、速度和其它參數(shù)的調(diào)制成為回波sRt。在接收機(jī)中通過對接收信號的分析解調(diào)可得到有關(guān)目標(biāo)的距離、角度、速度等信息。第6章遮蓋性干擾圖中增加的信號t是因?yàn)槔走_(dá)接收的信號中除了目標(biāo)回波外還不可避免地存在各種噪聲如多徑回波、天線噪聲、宇宙射電等正是由于這些噪聲的存在才影響了雷達(dá)對目標(biāo)的檢測能力?？梢娙绻趕Rt中人為引入噪聲和干擾信號或利用吸收材料等措施減弱目標(biāo)回波都可以阻礙雷達(dá)對目標(biāo)信息的正常檢測達(dá)到干擾的目的。第6章遮蓋性干擾圖6―1雷達(dá)獲取目標(biāo)信息的過程第6章遮蓋性干擾6.1.1遮蓋性干擾的作用和分類1.遮蓋性干擾的作用遮蓋性干擾就是用噪聲或類似噪聲的干擾信號遮蓋或淹沒有用信號阻止雷達(dá)檢測目標(biāo)信息。它的基本原理是:任何一部雷達(dá)都有外部噪聲和內(nèi)部噪聲雷達(dá)對目標(biāo)的檢測是在這些噪聲中進(jìn)行的其檢測又是基于一定的概率準(zhǔn)則的。一般來說如果目標(biāo)信號能量S與噪聲能量N相比信噪比S/N超過檢測門限D(zhuǎn)則可以保證在一定虛警概率Pfa的條件下達(dá)到一定的檢測概率Pd簡單稱為可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)否則便認(rèn)為不可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。遮蓋干擾就是使強(qiáng)干擾功率進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)盡可能降低信噪比S/N造成雷達(dá)對目標(biāo)檢測的困難。第6章遮蓋性干擾2.遮蓋性干擾的分類按照干擾信號中心頻率fj、譜寬Δfj相對于雷達(dá)接收機(jī)中心頻率fs、帶寬Δfr的關(guān)系遮蓋性干擾可以分為瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾。1瞄準(zhǔn)式干擾瞄準(zhǔn)式干擾一般滿足25jsjrffff第6章遮蓋性干擾采用瞄準(zhǔn)式干擾必須首先測得雷達(dá)信號頻率fs然后把干擾機(jī)頻率fj調(diào)整到雷達(dá)的頻率上保證以較窄的Δfj覆蓋Δfr這一過程稱為頻率引導(dǎo)。瞄準(zhǔn)式干擾的主要優(yōu)點(diǎn)是在Δfr內(nèi)的干擾功率強(qiáng)是遮蓋干擾的首選方式缺點(diǎn)是對頻率引導(dǎo)的要求高有時(shí)甚至是難以實(shí)現(xiàn)的。第6章遮蓋性干擾2阻塞式干擾阻塞式干擾一般滿足Δfj5Δfrfs?fj-Δfj/2fjΔfj/2由于阻塞式干擾Δfj相對較寬對頻率引導(dǎo)精度的要求低頻率引導(dǎo)設(shè)備簡單。此外由于其Δfj寬便于同時(shí)干擾頻率分集雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)和多部不同工作頻率的雷達(dá)。其缺點(diǎn)是在Δfr內(nèi)的干擾功率密度低。第6章遮蓋性干擾3掃頻式干擾掃頻式干擾一般滿足Δfj25Δfrfsfjtt?0T即干擾的中心頻率為連續(xù)、以T為周期的函數(shù)。掃頻干擾可對雷達(dá)造成周期性間斷的強(qiáng)干擾掃頻的范圍較寬也能夠干擾頻率分集雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)和多部不同工作頻率的雷達(dá)。應(yīng)當(dāng)指出的是實(shí)際干擾機(jī)可以根據(jù)具體雷達(dá)的載頻調(diào)制情況對上述基本形式進(jìn)行組合如多頻率點(diǎn)瞄準(zhǔn)式干擾、分段阻塞式干擾、掃頻鎖定式干擾等。第6章遮蓋性干擾6.1.2遮蓋性干擾的效果度量干擾效果表現(xiàn)為:雷達(dá)或含有雷達(dá)的作戰(zhàn)系統(tǒng)由于受到干擾而造成的作戰(zhàn)性能的下降。以某種合理、定量的方法描述此作戰(zhàn)性能的下降稱為干擾的效果度量。因此干擾的效果度量是作戰(zhàn)雙方都十分關(guān)心的重要問題。第6章遮蓋性干擾選擇何種指標(biāo)衡量雷達(dá)或含有雷達(dá)的作戰(zhàn)系統(tǒng)在電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)性能一直是人們討論的熱點(diǎn)。根據(jù)遮蓋性干擾的原理目前對雷達(dá)本身作戰(zhàn)性能的度量指標(biāo)主要確定為檢測概率Pd即在保持虛警概率不變的情況下實(shí)施遮蓋性干擾前后Pd的絕對值和相對變化。由于Pd是信噪比的函數(shù)所以也將這種遮蓋性干擾的效果度量方法簡稱為功率準(zhǔn)則。含有雷達(dá)的作戰(zhàn)系統(tǒng)很多對它的干擾效果度量方法統(tǒng)稱為作戰(zhàn)效能準(zhǔn)則它還需要根據(jù)具體作戰(zhàn)系統(tǒng)、作戰(zhàn)目的進(jìn)行指標(biāo)的具體化如空襲作戰(zhàn)的突防概率、攻擊有效概率、飛機(jī)生存概率等。本書著重討論功率準(zhǔn)則。第6章遮蓋性干擾根據(jù)聶曼—皮爾遜檢測準(zhǔn)則Pd是信噪比S/N的單調(diào)函數(shù)其中S和N分別表示雷達(dá)接收機(jī)線性系統(tǒng)輸出端通常為中放輸出端的目標(biāo)回波信號功率和高斯噪聲功率功率譜對應(yīng)于線性系統(tǒng)響應(yīng)。當(dāng)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)線性系統(tǒng)的干擾信號為非高斯噪聲時(shí)只需進(jìn)行噪聲質(zhì)量因子的等效修訂。此外可以通過一定的技術(shù)手段和設(shè)備對Pd進(jìn)行實(shí)際的統(tǒng)計(jì)測量也可以通過對S、N的功率調(diào)整對Pd進(jìn)行控制因此功率準(zhǔn)則具有良好的合理性、可測性和可控性。第6章遮蓋性干擾根據(jù)檢測原理S/N越低Pd越小有時(shí)盡管N已經(jīng)很大但只要Pd?0在理論上雷達(dá)對目標(biāo)總有一定的發(fā)現(xiàn)可能。因此從遮蓋性干擾機(jī)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)要求Pd0顯然是不合理的。根據(jù)作戰(zhàn)實(shí)際國內(nèi)外普遍將Pd?0.1作為遮蓋性干擾有效的標(biāo)準(zhǔn)并將此時(shí)在雷達(dá)接收機(jī)線性系統(tǒng)輸出端干擾信號功率Pj與目標(biāo)回波信號功率Ps的比值定義為壓制系數(shù)Ka0.1djapsPKP6―1第6章遮蓋性干擾Ka是干擾信號調(diào)制樣式、干擾信號質(zhì)量、接收機(jī)響應(yīng)特性、信號處理方式等的綜合性函數(shù)。將功率準(zhǔn)則應(yīng)用于雷達(dá)的威力范圍則將干擾機(jī)能夠有效干擾的區(qū)域稱為有效干擾區(qū)Vj并以對Vj的綜合評價(jià)函數(shù)EVj作為干擾系統(tǒng)綜合干擾效果的考核標(biāo)準(zhǔn):jjVEVWVdV6―2式中的WV為空間評價(jià)因子以表現(xiàn)對于不同空間位置有效干擾的重要性。第6章遮蓋性干擾6.1.3最佳遮蓋干擾波形雷達(dá)對目標(biāo)的檢測是在噪聲中進(jìn)行的對于接收信號作出有無目標(biāo)的兩種假設(shè)檢驗(yàn)具有不確定性即后驗(yàn)不確定性。因此最佳干擾波形就是隨機(jī)性最強(qiáng)或不確定性最大的波形。衡量隨機(jī)變量不確定性的量是熵Entropy也稱為信息量對于離散型隨機(jī)變量來說其平均信息量定義為1logmiaiiHxPP6―3第6章遮蓋性干擾其中隨機(jī)變量的可能取值為x1x2…xm其對應(yīng)的概率為P1P2…Pm。對于連續(xù)型隨機(jī)變量來說11miiPlogaHxpxpxdx6―4第6章遮蓋性干擾式中px為連續(xù)型隨機(jī)變量的概率分布密度函數(shù)。熵的單位根據(jù)a的取值而變化當(dāng)a2時(shí)H的單位為比特當(dāng)ae時(shí)H的單位為奈特當(dāng)a10時(shí)H的單位為哈特萊。a的選取一般視Hx的計(jì)算方便在下面的討論中選取ae。對于相同的a熵值越大則不確定性越強(qiáng)同時(shí)隨機(jī)變量的方差平均功率越大熵值也越大。由此說明:在相同功率的條件下雷達(dá)接收機(jī)線性系統(tǒng)中具有最大熵的干擾波形為最佳干擾波形。這樣最佳干擾波形的設(shè)計(jì)問題就是在給定平均功率條件下求解具有最大熵的干擾信號的概率分布問題。第6章遮蓋性干擾根據(jù)拉格朗日常數(shù)變易法已知函數(shù)方程:baFxpdx6―5和m個(gè)函數(shù)方程的限制條件:1122bababmmaxpdxCxpdxCxpdxC6―6第6章遮蓋性干擾式中υ1υ2…υm為限制條件中給定的函數(shù)則6―5式的極值可以由上面m個(gè)方程和下式?jīng)Q定:12120mmFpppp6―7其中λ1λ2…λm是拉格朗日常數(shù)。代入最大熵函數(shù)求解則已知:22ln1Hxpxpxdxpxdxxpxdx第6章遮蓋性干擾從而有2121221lnxFpxpxpxxpxpxe再利用限制條件可以得到2222max12lnln2xpxeHxpxpxdxe6―8第6章遮蓋性干擾這樣我們就得到了在平均功率限制條件下噪聲為正態(tài)分布時(shí)其熵值最大為最佳遮蓋干擾波形。研究最佳干擾信號的目的是建立比較各種干擾信號優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際干擾信號可能有偏于最佳干擾信號如果能計(jì)算或測量出它們相對于最佳干擾信號在遮蓋性能上的損失便可以判斷各種實(shí)際的干擾信號在遮蓋性能上的優(yōu)劣。衡量實(shí)際干擾信號質(zhì)量的量是噪聲質(zhì)量因素ηn。其定義為:在相同的遮蓋效果條件相同熵Hj0Hj下理想干擾信號所需的功率Pj0和實(shí)際干擾信號所需的干擾功率Pj之比即00jjjnHHjPP6―9第6章遮蓋性干擾通常ηn?1。這樣只要知道正態(tài)噪聲干擾時(shí)所要求的干擾功率再乘以一個(gè)修正因子便可以得到有效干擾時(shí)所需的實(shí)際干擾信號的功率。應(yīng)當(dāng)指出一般情況下的實(shí)際干擾信號的概率密度難以用數(shù)學(xué)公式描述或者難以計(jì)算它們的熵故常用實(shí)驗(yàn)的方法確定噪聲質(zhì)量因素。第6章遮蓋性干擾6.2射頻噪聲干擾窄帶高斯過程:JtUntcosωjtυt6―10稱為射頻噪聲干擾。其中包絡(luò)函數(shù)Unt服從瑞利分布相位函數(shù)υt服從02π均勻分布且與Unt相互獨(dú)立載頻ωj為常數(shù)且遠(yuǎn)大于Jt的譜寬。由于Jt的制取一般是對低功率噪聲的濾波和放大所以又稱為直接放大的噪聲DINA。第6章遮蓋性干擾圖6―2雷達(dá)接收機(jī)示意圖a雷達(dá)接收機(jī)b物理模型第6章遮蓋性干擾6.2.1射頻噪聲干擾對雷達(dá)接收機(jī)的作用典型的雷達(dá)接收機(jī)如圖6―2a所示它由混頻器、中放、檢波器和視頻放大器組成其工作原理可用圖6―2b的模型來描述。這里線性系統(tǒng)I代表混頻器和中放。雖然混頻器本身是非線性器件但由于中放的選擇性混頻器不會改變輸入信號的時(shí)間特性以及頻譜間的相對關(guān)系它只是把射頻信號包括干擾變成中頻。線性系統(tǒng)I的帶寬決定于中放的帶寬。檢波器是非線性系統(tǒng)它對中放輸出的包絡(luò)進(jìn)行變換。線性系統(tǒng)II表示接收機(jī)的視放。為了分析方便假設(shè)輸入干擾信號Jt的功率譜Gjf與線性系統(tǒng)I的頻率響應(yīng)Hif都具有矩形特性。我們先考慮只有干擾時(shí)的情況。第6章遮蓋性干擾式中fjfi分別為干擾和中放的中心頻率ΔfjΔfr分別稱為干擾帶寬和雷達(dá)接收機(jī)帶寬Δfj比Δfr大得多σ2j為Jt的平均功率。2201/20jjjjjjriffffGffffHf其它f其它f6―116―12第6章遮蓋性干擾根據(jù)線性系統(tǒng)理論中放輸出的干擾信號仍為窄帶高斯噪聲其功率譜Gif為22020iririijiffffGfHfGfff6―13其它第6章遮蓋性干擾由Gif可以求得中放輸出的干擾信號的相關(guān)函數(shù)Biτ它是Gif的傅立葉反變換:20sincos2cos2riiiirfBGffdfff6―14中放輸出的干擾信號的包絡(luò)Ui服從瑞利分布22220iiUiiiiiUpUeU6―15第6章遮蓋性干擾檢波器的工作狀態(tài)取決于輸入信號的大小輸入信號大時(shí)檢波特性近似為線性即000diiiKUUUU6―16當(dāng)信號較小時(shí)檢波特性為平方律特性即20200iiiUUUU6―17第6章遮蓋性干擾式中UvUi分別為檢波器輸出和輸入信號的包絡(luò)Kdα分別為與檢波器特性有關(guān)的常數(shù)。以線性檢波器為例當(dāng)窄帶高斯噪聲作用于線性檢波器時(shí)輸出的噪聲概率分布可由6―15式的雅可比變換求得即22220UiiiiiddUpUUpUpUeUdUK6―18其中222diK第6章遮蓋性干擾由此可見高斯噪聲經(jīng)過線性檢波器其輸出分布為瑞利分布并且輸出干擾信號包絡(luò)的直流分量和起伏功率分別為直流分量:222022dtUUUpUdUPUUPUdU6―196―20總功率:第6章遮蓋性干擾起伏功率:222220.432PUU6―21檢波器輸出噪聲的相關(guān)函數(shù)Bvτ與輸入噪聲的相關(guān)函數(shù)Biτ之間存在如下關(guān)系:222411122224diiiiKBrrr6―22式中σ2i為檢波器輸入噪聲的平均功率riτ為輸入噪聲的相關(guān)系數(shù)。第6章遮蓋性干擾由6―14式得:020sincos2cos2siniriiiirrrBfrfrfffrf6―236―24取6―22式前三項(xiàng)作近似計(jì)算則222200011coscos22424diiiiKrBrr6―25第6章遮蓋性干擾式中第一項(xiàng)為直流分量第二項(xiàng)為展寬的基頻分量后兩項(xiàng)為高頻諧波分量由于檢波器負(fù)載的低通作用后兩項(xiàng)將被濾除不會影響信號檢測。220124rB6―26相應(yīng)的功率譜:22204rrGfffffff6―27第6章遮蓋性干擾如圖6―3所示圖中三角形面積表示噪聲的起伏功率等于0.39σ2v虛線為檢波器輸出噪聲頻譜特性的精確曲線當(dāng)6―22式所取項(xiàng)數(shù)足夠多時(shí)虛線所包含的面積為0.43σ2v。第6章遮蓋性干擾圖6―3檢波器輸出的功率譜密度第6章遮蓋性干擾嚴(yán)格地說在接收機(jī)輸出的信號中還含有內(nèi)噪聲分量它是與干擾信號獨(dú)立的窄帶高斯噪聲與干擾信號合成后并不改變上述分析的性質(zhì)只是此時(shí)的σ2i將是進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)線性系統(tǒng)I的干擾信號平均功率與接收機(jī)內(nèi)噪聲功率的和。在一般情況下前者遠(yuǎn)大于后者所以常常將后者忽略不計(jì)。第6章遮蓋性干擾下面我們考慮干擾和信號同時(shí)存在的情況。設(shè)目標(biāo)回波信號為:stUScosω0t當(dāng)st與Jt同時(shí)輸入到線性系統(tǒng)I時(shí)根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加定理它的輸出應(yīng)為兩信號單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng)之和其中噪聲輸出為coscosniSiJtUtttstUtt信號輸出為第6章遮蓋性干擾其合成電壓為coscossinsincosnsiniiiJtstUttUtUtttUttt6―28式中Uit為合成信號的包絡(luò)其概率分布為萊斯分布即22220220isiUUiisiiiiiUUUpUeIU6―29第6章遮蓋性干擾I0x為一類零階Bessel函數(shù)。υt為合成信號的相位其分布為222222sin2201coscos2212ssiiUUssiiitxUUpeFeFxedt6―30分布如圖6―4所示。第6章遮蓋性干擾圖6―4信號加噪聲的包絡(luò)概率分布和相位概率分布曲線a包絡(luò)概率分布b相位概率分布第6章遮蓋性干擾圖6―4信