王 萃 張會(huì)彬

（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

激光雷達(dá)距離欺騙干擾技術(shù)研究

王 萃 張會(huì)彬

（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

文章主要介紹激光雷達(dá)測(cè)距的原理，激光測(cè)距機(jī)的組成及各部分的功能，根據(jù)其原理，介紹一種常用的距離欺騙的方法-數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù),闡述其距離假目標(biāo)欺騙的原理，對(duì)其工作過(guò)程進(jìn)行仿真。研究表明，采用數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)能夠有效的進(jìn)行欺騙，這種技術(shù)既可以用于掩護(hù)空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開(kāi)機(jī)，暴露其真實(shí)的兵力部署，因此具有相當(dāng)大的軍事意義。

激光測(cè)距；距離欺騙干擾技術(shù)；數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)

1 引言

激光雷達(dá)欺騙干擾技術(shù)一般是通過(guò)模擬目標(biāo)信號(hào)的參數(shù)特征，產(chǎn)生假目標(biāo)信號(hào)作用于對(duì)方雷達(dá)，使對(duì)方雷達(dá)獲得假目標(biāo)信息而逐漸丟失真實(shí)目標(biāo)信息，從而實(shí)現(xiàn)干擾欺騙的目的。距離欺騙干擾技術(shù)是目前應(yīng)用比較廣泛的一種有源干擾技術(shù)，其特點(diǎn)是假目標(biāo)距離探測(cè)器的位置不同于真實(shí)目標(biāo)，而其余參數(shù)近似等于真實(shí)目標(biāo)，因此比較容易達(dá)到以假亂真。欺騙干擾技術(shù)一般是通過(guò)對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行截獲、采樣、恢復(fù)、存儲(chǔ)、延遲、移頻、轉(zhuǎn)發(fā)等，使對(duì)方雷達(dá)探測(cè)器接收到多個(gè)虛假目標(biāo)信號(hào)，誘騙或破壞跟蹤、制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)真目標(biāo)的跟蹤，從而使其顯示器上顯示多個(gè)虛假目標(biāo)，使對(duì)方雷達(dá)對(duì)當(dāng)前情況進(jìn)行錯(cuò)誤的測(cè)量，使對(duì)方雷達(dá)無(wú)法辨別真假，增加其雷達(dá)的虛警率、使其信息處理終端系統(tǒng)飽和，從而延緩發(fā)現(xiàn)真實(shí)目標(biāo)的時(shí)間，為戰(zhàn)爭(zhēng)贏得寶貴的時(shí)間。

1.1 激光雷達(dá)測(cè)距的原理

激光測(cè)距機(jī)是指利用激光脈沖或連續(xù)波激光束測(cè)量目標(biāo)距離探測(cè)器位移的一種距離測(cè)量?jī)x。利用高重復(fù)頻率的強(qiáng)激光脈沖進(jìn)行測(cè)距的稱為脈沖激光測(cè)距機(jī)，利用連續(xù)波激光束進(jìn)行測(cè)距的稱為連續(xù)波激光測(cè)距機(jī)。其中，較為常用的是脈沖激光測(cè)距機(jī)。

圖1 激光脈沖雷達(dá)測(cè)距原理示意圖

在脈沖激光測(cè)距機(jī)中，通常用一個(gè)同步脈沖信號(hào)對(duì)時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)時(shí)，即利用石英振蕩器產(chǎn)生高頻時(shí)鐘脈沖同步序列，在測(cè)距機(jī)向被測(cè)目標(biāo)發(fā)出激光脈沖后，觸發(fā)距離波門(mén)限打開(kāi)，同步脈沖信號(hào)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收機(jī)接收到從目標(biāo)返回的信號(hào)后，距離波門(mén)限關(guān)閉。就是通過(guò)從激光脈沖發(fā)射到目標(biāo)、從目標(biāo)返回到接收機(jī)期間，進(jìn)入計(jì)數(shù)器波門(mén)限的同步脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)量的。設(shè)在這段時(shí)間里，有n個(gè)同步脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，同步脈沖之間的時(shí)間間隔為τ，則：

1.2 激光雷達(dá)測(cè)距機(jī)的組成

目前，脈沖激光測(cè)距機(jī)已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在中、近程測(cè)距方面有明顯優(yōu)勢(shì)，目前其作用距離可達(dá)1 km，精度可達(dá)到幾厘米。因此通常所說(shuō)的軍用激光測(cè)距機(jī)主要是指半導(dǎo)體脈沖激光測(cè)距機(jī)。

激光測(cè)距機(jī)一般由電源、激光器、光學(xué)系統(tǒng)、指示與穩(wěn)定系統(tǒng)、傳感器、窄帶光學(xué)濾波器、光探測(cè)器、放大器、匹配器、比較器、測(cè)距計(jì)時(shí)器、終端設(shè)備組成。激光發(fā)射部分，是為了產(chǎn)生高功率、高峰值的連續(xù)激光脈沖，并將激光脈沖經(jīng)擴(kuò)束、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)較精確的射向被測(cè)目標(biāo)。激光接收機(jī)作用是經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器接收從目標(biāo)漫反射回來(lái)的激光脈沖回波信號(hào)，經(jīng)聚焦、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大處理計(jì)算、并顯示被測(cè)目標(biāo)距離測(cè)距機(jī)的位移。

圖2 激光測(cè)距機(jī)原理框圖

激光測(cè)距機(jī)的工作原理如圖2所示，激光器在測(cè)距點(diǎn)向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一束很窄的高功率的激光脈沖，經(jīng)過(guò)激光擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，在導(dǎo)向穩(wěn)定系統(tǒng)作用下，激光脈沖穿過(guò)大氣射向被測(cè)目標(biāo)；在激光束離開(kāi)測(cè)距機(jī)時(shí)，從發(fā)射光束中取出一小部分作為參考脈沖信號(hào)，觸發(fā)距離波門(mén)限打開(kāi)，啟動(dòng)數(shù)字測(cè)距計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，即利用石英振蕩器產(chǎn)生高頻時(shí)鐘脈沖同步序列開(kāi)始計(jì)時(shí)；到達(dá)目標(biāo)的激光束有一小部分激光被被測(cè)目標(biāo)漫反射回到激光測(cè)距機(jī)上；經(jīng)接收望遠(yuǎn)鏡和窄帶濾波片等光學(xué)元件傳遞至光電探測(cè)器上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；探測(cè)器輸出的電信號(hào)送往放大器和匹配濾波器，處理后進(jìn)入比較器與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較；比較后的輸出信號(hào)如若匹配參考脈沖信號(hào)，則測(cè)距計(jì)時(shí)器關(guān)閉，終止計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)器從開(kāi)門(mén)到關(guān)門(mén)期間，所進(jìn)入的鐘顯頻脈沖個(gè)數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到目標(biāo)距離，在顯示器上示出來(lái)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和世界各國(guó)對(duì)電子戰(zhàn)役的投入不斷增加，電子戰(zhàn)技術(shù)正以史無(wú)前例的速度向前發(fā)展，新技術(shù)和新裝備不斷涌現(xiàn)，性能水平持續(xù)提高，從而促使電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)領(lǐng)域和作戰(zhàn)方式不斷變化，電子戰(zhàn)裝備的能力也在發(fā)生著革命性的變化。因此怎么提高本國(guó)的電子戰(zhàn)役能力，對(duì)抗敵方不斷探測(cè)的雷達(dá)信號(hào)，是一個(gè)非常亟待解決的問(wèn)題。

2 數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)

數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)是建立在數(shù)字射頻（DFRM）基礎(chǔ)上的距離欺騙技術(shù)，是為了解決上面的問(wèn)題而提出來(lái)的，DRFM 能識(shí)別，捕獲，存儲(chǔ)不同的雷達(dá)信號(hào)和經(jīng)過(guò)特殊調(diào)制的雷達(dá)信號(hào)，而且可以有較長(zhǎng)的存儲(chǔ)時(shí)間。利用DRFM產(chǎn)生的干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)是相干的。數(shù)字儲(chǔ)頻器能精確的復(fù)制原始信號(hào)，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)难舆t，轉(zhuǎn)發(fā)就可以對(duì)對(duì)方雷達(dá)實(shí)施有效的欺騙干擾?；跀?shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）的距離欺騙干擾由于其需要的干擾機(jī)功率相對(duì)較低，且適應(yīng)于對(duì)眾多新型體制雷達(dá)的干擾，因而在近代歷次戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)外DRFM技術(shù)在武器裝備中的應(yīng)用已進(jìn)入實(shí)用化階段,由于技術(shù)上的差距及國(guó)外的封鎖,我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域還處于比較落后的狀態(tài),還遠(yuǎn)不能滿足我軍電子對(duì)抗設(shè)備的迫切需求。

2.1 DRFM原理介紹

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(Digital Radio Frequency Memory，縮寫(xiě)為 DRFM)是已成為電子戰(zhàn)役領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的研究課題。其瞬時(shí)帶寬一般為50MHz，其量化形式采用幅度量化，復(fù)制信號(hào)信噪比優(yōu)于50dB，相位噪劣化小于-3dB，工作方式為延遲重發(fā)。DRFM 技術(shù)的出現(xiàn)不僅提高了新一代電子對(duì)抗設(shè)備的能力，同時(shí)增加了系統(tǒng)的靈活性和再編程能力，為干擾脈壓（PC）雷達(dá)、脈沖多普勒（PD）雷達(dá)、合成孔徑雷（SAR）等現(xiàn)代雷達(dá)提供了有力的手段。

圖3 DRFM 在電子干擾設(shè)備中的典型應(yīng)用圖

DRFM系統(tǒng)一般有幾個(gè)基本部分：功率的放大和縮小設(shè)備、帶通濾波器、混頻器、中頻帶通濾波器、干擾控制模塊、頻率綜合器、DRFMA處理單元等，如圖3所示。系統(tǒng)對(duì)截獲到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行功率的縮小后，經(jīng)過(guò)帶通濾波器，經(jīng)過(guò)混頻處理，濾掉高頻信號(hào)，得到原信號(hào)，經(jīng)過(guò)DFRM處理系統(tǒng)后，對(duì)原信號(hào)進(jìn)行附加頻率的調(diào)制，疊加高頻載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器發(fā)射出去，使對(duì)方雷達(dá)信號(hào)接收。DRFM的結(jié)構(gòu)可分為單通道DRFM，正交雙通道DRFM，多通道DRFM。在實(shí)際應(yīng)用中一般采用正交雙通道DRFM。其主要工作過(guò)程如圖2.2所示：系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)x(t)正交下變頻后的同相和正交分量進(jìn)行采樣。只要每一路的ADC的采樣率大于或者等于輸入信號(hào)x(t)的最高頻率即可無(wú)失真的恢復(fù)出原信號(hào)。正交雙通道DRFM的瞬時(shí)帶寬由決定，其中α為帶通濾波器和抗混疊濾波器的影響因子，為采樣頻率。DRFM采用同步檢波器將輸入的射頻信號(hào)與一組正交的基準(zhǔn)信號(hào)相乘，將輸入信號(hào)變換成等效的同相（I）和正交（Q）低通分量，接下來(lái)對(duì)兩組分量分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器中，經(jīng)過(guò)時(shí)間、頻率的調(diào)制后，再經(jīng)逆過(guò)程，重構(gòu)射頻發(fā)射信號(hào)，將信號(hào)發(fā)射出去。

圖4 DRFM 的系統(tǒng)框圖

2.2 基于DRFM的多普勒移頻干擾

多普勒移頻干擾轉(zhuǎn)化為距離欺騙的干擾樣式，是一種對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的距離欺騙干擾樣式。這種干擾樣式的干擾信號(hào)，是在接收的雷達(dá)信號(hào)上調(diào)制了多普勒頻移而產(chǎn)生的。線性調(diào)制脈沖壓縮雷達(dá)經(jīng)信號(hào)處理后，誤認(rèn)為這種干擾信號(hào)具有距離便宜，于是轉(zhuǎn)化為距離欺騙干擾。LFM脈沖信號(hào)是脈內(nèi)相干的，這種脈內(nèi)相干性會(huì)是其在距離-多普勒之間存在強(qiáng)的耦合，這種距離-多普勒之間的相互影響會(huì)引起距離隨著多普勒頻移的視在漂移而產(chǎn)生測(cè)距誤差。適當(dāng)?shù)厥罐D(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)的頻率失配（疊加一個(gè)多普勒移量），就可以使雷達(dá)產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)。假目標(biāo)或領(lǐng)先于匹配目標(biāo)，或落后于匹配目標(biāo)，具體情況取決于多普勒頻移的正或負(fù)。也就是說(shuō)，LFM脈沖壓縮雷達(dá)比常規(guī)雷達(dá)更易受轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的干擾，甚至，相干轉(zhuǎn)發(fā)1/2的脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)波形也可以產(chǎn)生較好的干擾效果。

LFM信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為

設(shè)基于 DRFM 的移頻干擾的信號(hào)形式為：

對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)做移頻干擾時(shí)，根據(jù)移頻量的不同，可以引起速度干擾和距離干擾。因?yàn)閴嚎s濾波器是一線性時(shí)不變系統(tǒng)，當(dāng)信號(hào)和干擾共同作用時(shí)，壓縮濾波器的響應(yīng)可理解為信號(hào)和干擾分別作用時(shí)的響應(yīng)之和。

圖5 基于DRFMD的正向移頻干擾效果圖

圖6 基于DRFM技術(shù)的負(fù)向移頻干擾效果圖

基于 DRFM 的多普勒移頻干擾利用了LMF脈沖壓縮雷達(dá)固有的距離-多普勒頻移之間存在強(qiáng)耦合的弱點(diǎn)，通過(guò)對(duì)接收到的雷達(dá)偵測(cè)信號(hào)調(diào)制一個(gè)附加的頻率后轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)方雷達(dá)，達(dá)到了距離欺騙干擾的目的。

3 結(jié)論

研究表明，采用數(shù)字儲(chǔ)頻技術(shù)能夠有效的進(jìn)行欺騙，這種技術(shù)既可以用于掩護(hù)空防，又可以用于干擾敵方并誘敵開(kāi)機(jī)，暴露其真實(shí)的兵力部署，使得戰(zhàn)爭(zhēng)一開(kāi)始就使敵人對(duì)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)感到迷茫，從而贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，因此具有相當(dāng)大的軍事意義。

[1] Benren Tao. An ECCM model technical development trends to the demands of the future EW combat[J].IEEE AES Systems Magazine,1994,9(6):12-16.

[2] 陳亞培.雷達(dá)距離欺騙干擾的對(duì)抗方法研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2012.

[3] 張樹(shù)森,李幸,張洋,等.反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)抗距離欺騙干擾技術(shù)研究[J].航天電子對(duì)抗,2008,24(1):13-15.

[4] Jabran Akhtar. Orthogonal Block Coded ECCM Schemes Against Repeat Radar Jammers[J].IEEE Trans.on Aerospace and Electronic System,2009,45(3):1218-1226.

[5] 周續(xù)力.對(duì)搜索警備雷達(dá)的距離欺騙和航跡欺騙研究[D].太原:中北大學(xué),2008.

[6] 韓志強(qiáng).激光測(cè)距機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2006.

[7] 黨立坤,王小念,張建科,等.基于DRFM的欺騙干擾及反干擾[J].船舶電子對(duì)抗,2010,33(2):23-26.

[8] 劉忠.基于DRFM的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)干擾新技術(shù)[D].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué),2006.

[9] 董創(chuàng)業(yè).基于DRFM的雷達(dá)干擾技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2007.

Research on deception jamming technology of laser radar

This article mainly introduces the principle of laser ranging radar, the constituent parts of the laser rangefinder and the function of each part, and then this paper introduces a common method - the technology of Digital Radio Frequency Memory, expounding its deception principle of the false target and its working process for simulation. Research shows that using Digital Radio Frequency Memory technology can effectively carry out false targets deception. This technique can not only be used to cover the air defense, but also can be used for interfering with the enemy and decoying attack, exposing the real deployment of troops; therefore has considerable military significance.

Laser ranging; deception jamming technology; digital radio frequency memory

E9

A

1008-1151(2015)01-0018-03

2014-12-11

王萃（1989－）女，電子科技大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榧す饫走_(dá)距離欺騙技術(shù)。