汪 洋，程 林，胡澤輝

(1.解放軍91404部隊，秦皇島 066001；2.中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

?

對線性調(diào)頻體制雷達的調(diào)頻干擾設(shè)計與仿真

汪 洋1，程 林2，胡澤輝2

(1.解放軍91404部隊，秦皇島 066001；2.中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

針對相控陣雷達中的線性調(diào)頻信號特點，研究了多種調(diào)頻干擾方式對其的干擾效果。首先闡述了調(diào)頻干擾的干擾機理，分析了相關(guān)參數(shù)的作用。然后通過正弦調(diào)頻預加重干擾、鋸齒波調(diào)頻預加重干擾、噪聲調(diào)頻預加重干擾的仿真實驗，驗證了調(diào)頻干擾對線性調(diào)頻信號的理論可行性，為之后的工程應用提供了參考。

調(diào)頻干擾；電子對抗；線性調(diào)頻信號

0 引 言

隨著高科技時代的來臨，雷達性能不斷提高，雷達技術(shù)基礎(chǔ)也在不斷進步，特別是高功率發(fā)射器件、計算機與高速信號處理技術(shù)快速進步，各種高性能的民用雷達和軍民兩用雷達獲得了很快的發(fā)展。其中，采用相控陣技術(shù)的雷達成為了新型雷達體制的代表，此種雷達為了提高抗干擾能力，一般采用大瞬時帶寬信號、捷變頻信號、頻率分集信號等。面對這些雷達，傳統(tǒng)的干擾方法很難奏效，為了有效對相控陣雷達實施干擾，除了要有技術(shù)先進的干擾設(shè)備外，還要有合適的干擾方法。在這種情況下，研究調(diào)頻干擾方法有特殊的意義[1]。

1 相控陣雷達的基本特點

相控陣雷達具有多目標跟蹤與多種雷達功能的工作能力。相控陣雷達波束快速掃描的能力可以使搜索方式、跟蹤方式之間的交替時間得到合理安排，信號能量得到合理的轉(zhuǎn)換與分配，使搜索、目標識別、開始跟蹤、跟蹤丟失、目標跟蹤等不同工作狀態(tài)下遇到的特殊問題得到合理的解決。與傳統(tǒng)機械掃描雷達相比，其功能有很大的提高。相控陣雷達主要可以分為以下幾部分：相控陣天線及饋線網(wǎng)絡(luò)、頻率合成模塊、波控系統(tǒng)、信號處理、收發(fā)組件等，圖1為相控陣雷達組成框圖[2]。

圖1 相控陣雷達組成框圖

1.1 相控陣雷達的工作模式分析

相控陣雷達主要擁有搜索與跟蹤2種工作方式，現(xiàn)今面臨復雜的環(huán)境條件，相控陣雷達還需要具有目標識別的工作方式。

1.2 相控陣雷達的信號形式

相控陣雷達處于不同的工作狀態(tài)，其信號波形的特點都不盡相同。其中，線性調(diào)頻信號(LFM)是其中具有代表性的信號形式之一，采用這種信號，可以使得雷達獲得較遠的作用距離，同時得到較高的距離分辨率。LFM信號的數(shù)學表示為：

[j(2πfct+πμt2)]，

(1)

式中:TP為發(fā)射波形的脈寬;rect(t)為門函數(shù);fc為載波頻率;μ為調(diào)頻斜率。

本文采用的LFM信號脈寬Tp=100 μs，帶寬B=200 MHz，它的時域圖與頻域圖如圖2所示。

圖2 LFM信號時域圖與頻域圖

2 調(diào)頻干擾對LFM信號的影響

調(diào)頻干擾是指干擾機對接收到的雷達信號附加頻率調(diào)制的干擾方式，在此時，其相應的干擾信號可以表示為[4-5]：

uj(t)=us(t)exp?jkfm∫n(τ)dτ」

(2)

式中：n(t)為調(diào)制干擾信號；kfm為調(diào)制系數(shù)。

公式(2)經(jīng)過推導后可以得出，干擾信號是雷達信號us(t)與調(diào)相信號mj(t)的乘積，即：

uj(t)=us(t)mj(t)=us(t)exp?j2πkfm∫n(τ)dτ」

(3)

這里分別選用正弦波、鋸齒波與高斯噪聲作為干擾信號。

2.1 正弦調(diào)頻預加重干擾

當選用正弦信號為調(diào)制信號時，稱為正弦調(diào)頻預加重干擾，即:

n(t)=assinΩt=asin2πfsint

(4)

(5)

將式(5)代入式(3)可得：

(6)

式中:Tp為雷達LFM信號的脈寬。

仿真條件：信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，正弦信號周期Tsin=10 μs，調(diào)制幅度a=1，調(diào)制系數(shù)kfm=107。時頻域圖如圖3所示。

從圖3可以得出，正弦調(diào)頻預加重干擾信號是正弦信號與LFM信號雙重調(diào)制的結(jié)果。

圖3 正弦調(diào)頻預加重干擾信號時頻域特性曲線

由貝塞爾函數(shù)推導得，當TsinTp時的情況采取仿真。在仿真中，采用信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，載波頻率fc=300 MHz，正弦信號周期Tsin=10 μs，調(diào)制幅度a=2，調(diào)制系數(shù)kfm=106，干信比J=6 dB。時頻域圖如圖4所示。

圖4 時頻域圖

從圖4中可以看出，產(chǎn)生了若干個欺騙假目標，且各個假目標幅度大小不一，具備良好的欺騙效果。

2.2 鋸齒波調(diào)頻預加重干擾

當調(diào)制信號為鋸齒波信號時，稱之為鋸齒波調(diào)頻預加重干擾，調(diào)制信號n(t)表達式為：

(7)

式中：Tsaw為鋸齒波信號的周期。

(8)

將其代入式(3)可得鋸齒調(diào)頻預加重干擾表達式為：

(9)

仿真條件:信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，鋸齒波的信號周期為Tsaw=10 μs，調(diào)制幅度a=1，調(diào)制系數(shù)kfm=107。鋸齒波調(diào)頻干擾時頻域波形如圖5所示。

圖5 鋸齒波調(diào)頻預加重干擾信號時頻域特性曲線

進一步驗證鋸齒波干擾效果，在信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，載波頻率fc=300 MHz，鋸齒波的信號周期為Tsaw=50 μs，調(diào)制幅度a=2，干信比J=6 dB，調(diào)制系數(shù)kfm=107的條件下進行仿真實驗，此時獲得脈沖壓縮后的干擾效果如圖6所示。

圖6 鋸齒波調(diào)頻預加重干擾仿真效果

從圖6可以看出，鋸齒波調(diào)頻產(chǎn)生遮蓋性干擾，使得目標淹沒在噪聲中，具備良好的干擾效果。

2.3 噪聲調(diào)頻預加重干擾

當調(diào)制信號n(t)為噪聲時，稱之為噪聲調(diào)頻預加重干擾。在這里n(t)為高斯噪聲，表達式為：

(10)

式中:σ2為噪聲信號功率;Bn為調(diào)制噪聲帶寬。

則噪聲調(diào)頻預加重干擾信號表達式為：

(11)

仿真條件：信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，高斯噪聲參數(shù)值σ2=4，調(diào)制系數(shù)kfm=107。噪聲調(diào)頻預加重干擾信號時頻域圖如圖7所示。

圖7 噪聲調(diào)頻預加重干擾信號時頻域特性曲線

為進一步驗證噪聲調(diào)頻干擾效果，采用信號幅度A0=1，帶寬B=200 MHz，脈寬Tp=100 μs，采樣頻率fs=1 GHz，鋸齒波的信號周期為Tsaw=10 μs，高斯噪聲參數(shù)值σ2=4，調(diào)制系數(shù)kfm=107，干信比J=6 dB，載波頻率fc=300 MHz的條件下進行仿真實驗，脈沖壓縮后的干擾效果如圖8所示。

圖8 噪聲調(diào)頻預加重干擾仿真結(jié)果

由此可見，此種干擾方式對雷達產(chǎn)生了阻塞式干擾，具有良好的干擾效果。

3 結(jié)束語

調(diào)頻干擾是是一種靈活多變的干擾樣式，通過不同的噪聲可以對信號產(chǎn)生不同的干擾樣式，并且具有良好的干擾效果。這種干擾只需要接收機將收到的雷達信號經(jīng)過調(diào)頻放大后轉(zhuǎn)發(fā)，即可對捷變頻的脈壓雷達取得良好的干擾效果,并且可以通過改變信號調(diào)制系數(shù)kfm來控制產(chǎn)生干擾脈沖數(shù),也可控制Tsin與Tp的大小關(guān)系改變干擾類型(阻塞、欺騙等)，取得多種不同的干擾效果。本文通過大量的仿真實驗，證明了調(diào)頻干擾理論分析的正確性，并且為之后的工程實用性打下了基礎(chǔ)。

[1] 陳凱.對相控陣雷達的智能干擾決策技術(shù)的研究[D].西安:西安電子科技大學,2012.

[2] 王雪松,肖順平.現(xiàn)代雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[3] 趙國慶.雷達對抗原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,1999.

[4] 張煜,楊紹全.對線性調(diào)頻雷達的正弦加權(quán)調(diào)頻干擾技術(shù)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2007,29(4):544-547.

[5] 楊紹全,張正明.對線性調(diào)頻雷達的干擾[J].西安電子科技大學學報,1991,18(3):24-30.

FM Jamming Design and Simulation to LFM System Radar

WANG Yang1，CHENG Lin2,HU Ze-hui2

(1.Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China;2.The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Aiming at the characteristics of linear frequency modulation (LFM) signal in phased array radar,this paper studies the jamming effect of several frequency modulation (FM) jamming modes to the radar.Firstly this paper expatiates the jamming mechanism of FM jamming,analyzes the action of correlative parameters;then uses the simulation experiments of sinusoidal FM pre-emphasis jamming,saw tooth FM pre-emphasis jamming,noise FM pre-emphasis jamming to validate the theoretic feasibility of FM jamming to LFM signal,which provides reference for future engineering application.

frrequency modulation jamming;electronic countermeasure;linear frequency modulation signal

2016-08-02

TN972

A

CN32-1413(2016)05-0038-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.05.009