反數(shù)字儲頻干擾雷達波形設(shè)計研究

反數(shù)字儲頻干擾雷達波形設(shè)計研究隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)的迫切需求和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字射頻存儲（DRFM）技術(shù)對整個電子對抗領(lǐng)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(jīng)過特殊調(diào)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(chǎn)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(guān)鍵部件。1、DRFM工作原理及類型1.1、DRFM基本結(jié)構(gòu)數(shù)字射頻存儲器的簡單組成框圖如圖1所示。圖1數(shù)字射頻儲存器組成框圖圖1中輸入的射頻信號經(jīng)下變頻，再經(jīng)采樣量化和多路分配后存儲到高速存儲器中。根據(jù)干擾的需要，經(jīng)過適當?shù)难訒r，信號需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸和交換來擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。1.2、基本類型數(shù)字儲頻的關(guān)鍵技術(shù)是對信號的量化、存儲和重構(gòu)。根據(jù)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(shù)字儲頻干擾特點a.相干干擾特性：由于DRMF技術(shù)不僅對相干脈沖信號可以長時間內(nèi)地相干復制，而且能夠?qū)⒗走_信號的脈內(nèi)調(diào)制特征無失真地復制下來。這使基于DRFM的雷達干擾技術(shù)為干擾相干雷達提供了基礎(chǔ)。

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(chǎn)生用于距離門拖引技術(shù)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(chǎn)生數(shù)字頻率，進行數(shù)字正交混頻以獲得多普勒頻移。

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

e.引入DSP作為控制單元，可自適應(yīng)的控制產(chǎn)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(shù)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(shè)計隨著技術(shù)的成熟和性能的提高，DRFM的應(yīng)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(shù)對雷達的威脅非常大，所以如何反數(shù)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(shè)計是雷達系統(tǒng)最佳綜合的重要內(nèi)容，如果能把雷達波形設(shè)計成干擾機無法識別的信號，就能達到反數(shù)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(chǔ)上，分析一種把兩種相位擾動結(jié)合起來的階段相位擾動LFM信號和一種脈內(nèi)非線性調(diào)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(jié)合起來考慮。在改變線性調(diào)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(diào)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(shù)估計就更難了。在不同的脈沖重復周期內(nèi)發(fā)射不同的調(diào)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(shù)，為了保證幅度調(diào)制信號a(t)的帶寬在原LFM信號內(nèi)，該參數(shù)應(yīng)該確定為LFM信號調(diào)制系數(shù)k的一定百分比。經(jīng)過相位擾動，該信號的調(diào)制系數(shù)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(yīng)隨調(diào)制系數(shù)的改變而改變。假設(shè)發(fā)射信號在脈沖持續(xù)時間內(nèi)存在相位擾動，擾動量表示為：

rd(t)=exp[jφ(t)]其中φ(t)為調(diào)制的線性調(diào)頻信號的相位擾動，為了防止干擾方對信號進行參數(shù)估計或是在下一個脈沖重復周期（PRI）內(nèi)轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)所發(fā)射信號除了調(diào)頻斜率不同，而且相位參數(shù)也是不同的，發(fā)射信號的相位參數(shù)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(yīng)是在LFM信號基帶內(nèi)。因此，第m個脈沖重復周期內(nèi)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(shè)信號參數(shù)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(nèi)自相關(guān)函數(shù)和不同脈沖重復周期的互相關(guān)函數(shù)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(guān)函數(shù)圖4、階段相位擾動LFM信號的互相關(guān)函數(shù)由圖可知，階段相位擾動LFM信號具有很好的自相關(guān)性，而互相關(guān)性很弱，而且峰值遠遠低于自相關(guān)函數(shù)峰值，不同脈沖發(fā)射周期的雷達信號具有很弱的相關(guān)性，可見針對數(shù)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(shù)字儲頻干擾方式對信號進行幅度和相位調(diào)制從而產(chǎn)生相位擾動的抗干擾信號，在抗干擾方面結(jié)合了MT2PMLFM信號和SVLFM信號的優(yōu)點。MT2PMLFM信號產(chǎn)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(chǎn)生的復雜性，加大了干擾方進行信號參數(shù)估計的難度，并且很難被復制。SVLFM信號是通過調(diào)頻斜率的偽隨機變化產(chǎn)生相位擾動，脈沖持續(xù)時間隨著調(diào)頻斜率的變化而相應(yīng)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(nèi)，同時SVLFM信號相關(guān)性很差，對于數(shù)字儲頻式干擾可以有效進行抗干擾。3.2、脈內(nèi)非線性調(diào)頻脈間相位編碼信號分析a.脈內(nèi)非線性調(diào)頻信號LFM矩形脈沖信號的復數(shù)表達式為：

其中，k=

為脈內(nèi)頻率變化頻率，B為頻率變化范圍，而

為信號的復包絡(luò)。由表達式可知，LFM矩形脈沖信號的時域特點是在脈內(nèi)，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(nèi)非線性調(diào)頻信號是在線性調(diào)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(nèi)

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(nèi)所發(fā)射信號的相位參數(shù)是不同的，發(fā)射信號的相位參數(shù)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(yīng)是在LFM信號基帶內(nèi)。取參數(shù)脈寬為τ，τ=10μs，調(diào)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(diào)制或四相編碼調(diào)制的直接序列調(diào)制信號。直接序列調(diào)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(diào)制的帶寬變換到基帶調(diào)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(diào)制的帶寬上。經(jīng)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(diào)制系統(tǒng)的處理增益等于所采用的調(diào)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(shù)），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(shè)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(nèi)非線性調(diào)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(nèi)非線性調(diào)頻脈間相位編碼信號頻譜圖圖6、脈內(nèi)非線性調(diào)頻脈間相位編碼信號自相關(guān)函數(shù)圖7、脈內(nèi)非線性調(diào)頻脈間相位編碼信號互相關(guān)函數(shù)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(nèi)非線性調(diào)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”?；ハ嚓P(guān)峰值比自相關(guān)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(zhuǎn)發(fā)的干擾信號。從方位上看，在相鄰的多個發(fā)射周期內(nèi)的干擾信號的匹配濾波輸出幅度就會“抖動”。針對數(shù)字儲頻干擾方式，脈內(nèi)非線性調(diào)頻脈間相位編碼信號同樣具有很好的抗干擾性。4、結(jié)束語有關(guān)數(shù)字儲頻式雷達干擾的反干擾技術(shù)研究較少，缺乏相關(guān)文獻資料。本文通過對數(shù)字儲頻式雷達干擾的分析，設(shè)計了兩種雷達波形信號，通過分析該波形的頻譜、自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)，并進行仿真驗證，能夠滿足反數(shù)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(yīng)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(shù)研究[D].成都：電子科技大學,2007.

[2]MehrdadSoumekh.SAR2ECCMusingPhasePerturbedLFMChirpSignalsandDRFMRe2

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