萬顯榮 呂 敏 謝德強 胡仕波

(武漢大學(xué)電子信息學(xué)院 武漢 430072)

1 引言

近年來，隨著新技術(shù)和新方案的不斷應(yīng)用，雷達及其對抗技術(shù)相互促進，不斷進步[1–3]。研究雷達工作原理、采用有針對性的雷達干擾技術(shù)和方法，不僅能干擾同類型雷達，同時可改進和提高雷達相關(guān)技術(shù)。外輻射源雷達[4–6]，即外源雷達，作為一種新體制雷達，是一種利用第三方輻射源信號進行目標探測的雙/多基地雷達系統(tǒng)，其憑借綠色環(huán)保、安全隱蔽、節(jié)約頻譜和軍民兩用等諸多優(yōu)勢，得到了迅速的發(fā)展?；谡{(diào)頻廣播、地面電視等民用輻射源的外輻射源雷達更是成為研究的主流，多家單位成功研究出相應(yīng)的設(shè)備。隨著外輻射源雷達在軍民領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對其干擾方法的研究將逐漸發(fā)展為一個新的研究方向。

基于民用輻射源的外輻射源雷達，其輻射源信號標準一般是公開的，依據(jù)其信號結(jié)構(gòu)開展干擾方法研究是一種基本思路。其中，文獻[7]針對基于調(diào)頻(Frequency Modulation,FM)、數(shù)字音頻廣播(Digital Audio Broadcasting,DAB)和數(shù)字地面視頻廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial,DVB-T)信號的外輻射源雷達，提出了相應(yīng)的電子攻擊策略，即干擾方法。利用噪聲干擾攻擊FM外輻射源雷達，提升雷達噪聲基底，淹沒目標。利用已知相位的參考符號部分攻擊DAB外輻射源雷達，形成帶狀干擾，掩蓋目標。利用導(dǎo)頻信號攻擊DVB-T外輻射源雷達，形成干擾峰，增加虛警。文獻[8]提出了多種針對DVB-T外輻射源雷達的電子攻擊方法，具體包括連續(xù)導(dǎo)頻干擾和離散導(dǎo)頻干擾，并提出了基于脈沖重復(fù)的導(dǎo)頻干擾方法。除了直接對外輻射源雷達干擾方法開展研究[9–11]，另有部分文獻對外輻射源雷達應(yīng)用過程中遇到的同頻干擾進行研究[12–16]，相關(guān)成果可為干擾方法研究提供思路。文獻[12]針對基于美國的先進電視系統(tǒng)委員會(Advanced Television System Committee,ATSC)輻射源信號的外輻射源雷達，對該型外輻射源雷達的同頻干擾進行了量化評估，并提出了分階段的干擾抑制方法。文獻[13]針對基于中國數(shù)字電視地面廣播(Digital television Terrestrial Multimedia Broadcasting,DTMB)信號的外輻射源雷達，重點分析了該型外輻射源雷達同頻干擾形成機理和干擾特性，并提出了簡易的干擾消除方法。文獻[14]針對基于FM信號的機載外輻射源雷達的同頻干擾問題，提出了一種基于獨立分量分析的干擾抑制方法，將輻射源信號和同頻干擾信號視為不同的統(tǒng)計獨立的源信號，基于快速獨立分量分析方法實現(xiàn)不同源直達波信號的分離，并利用空間快時間自適應(yīng)濾波器實現(xiàn)雜波和干擾抑制。文獻[15]針對基于民用通信信號的外輻射源雷達同頻干擾問題，考慮了參考通道與監(jiān)測通道同時受干擾影響的情況，提出了一種基于卷積混合模型的多通道盲反卷積算法的干擾抑制方法，通過多通道盲反卷積算法估計各個輻射源直達波，利用估計的直達波信號依次完成雜波和干擾對消。

外輻射源雷達的干擾形式與其輻射源信號結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，因此，本文以數(shù)字廣播電視為例，基于其信號結(jié)構(gòu)，開展外輻射源雷達干擾方法研究，從干擾模型出發(fā)，分析信號結(jié)構(gòu)特點，研究可能的干擾類型和方法，并通過仿真驗證干擾方法的可行性。需要說明的是，本文所提基于信號結(jié)構(gòu)特點的外輻射源雷達干擾方法，不僅適用于數(shù)字廣播電視外輻射源雷達，同樣適用于任何含有一定已知固定成分的輻射源的外輻射源雷達，如基于4G/5G等通信信號的外輻射源雷達。

2 外輻射源雷達干擾模型

以單發(fā)單收外輻射源雷達為例，建立外輻射源雷達干擾模型，模型中包括兩個發(fā)射站和一個接收站，兩個發(fā)射站分別為主發(fā)射站和干擾發(fā)射站，其中，主發(fā)射站和接收站構(gòu)成一個單發(fā)單收外輻射源雷達系統(tǒng)。接收站將同時收到來自主發(fā)射站和干擾發(fā)射站的信號，即輻射源信號和干擾信號。現(xiàn)假設(shè)輻射源信號為sd(t)，干擾信號為sg(t)，外輻射源雷達通常包括參考通道和監(jiān)測通道，則外輻射源雷達系統(tǒng)接收到的監(jiān)測通道信號可表示為

外輻射源雷達系統(tǒng)中，直接收到的參考信號中包含多徑和噪聲等成分，不利于后續(xù)信號處理，因此需要對其進行提純以獲取純凈的原始發(fā)射信號，現(xiàn)有的提純方法包括：恒模算法和“解調(diào)-再調(diào)制”的重構(gòu)算法等。對于數(shù)字廣播電視外輻射源雷達而言，基于“解調(diào)-再調(diào)制”的重構(gòu)算法被廣泛應(yīng)用于參考信號提純。為便于后續(xù)分析，假設(shè)重構(gòu)后的參考信號與原始發(fā)射信號完全相同，可表示為

上述重構(gòu)的參考信號將作為雜波樣本，用于監(jiān)測信號中的直達波和多徑雜波抑制，因此，經(jīng)雜波抑制后的監(jiān)測信號可表示為

式(4)表明，經(jīng)雜波抑制后的監(jiān)測信號中包含來自主發(fā)射站的目標回波信號，來自干擾發(fā)射站的直達波、多徑雜波和目標回波信號，以及高斯白噪聲信號。雜波抑制后的監(jiān)測信號與重構(gòu)的參考信號進行匹配濾波，可得到含有目標峰和干擾峰的距離多普勒譜，從譜中可以觀察到干擾信號的特性和效果，具體地，該距離多普勒譜可表示為

外輻射源雷達的信號處理增益通?？杀硎鰹?/p>

式中，B表示輻射源信號中參與信號處理的有效帶寬，T表示積累時間。當(dāng)干擾信號與發(fā)射信號間存在部分相關(guān)性時，可通過式(6)計算得到相應(yīng)的處理增益。當(dāng)相關(guān)性較強時，即使干擾信號功率較小，依然可以通過積累增益獲得可觀的干擾效果。

3 外輻射源雷達干擾方法

雷達干擾方法多樣，但本文以數(shù)字廣播電視外輻射源雷達這一特殊體制的雷達為例，開展與其輻射源結(jié)構(gòu)特點相關(guān)的干擾方法研究。數(shù)字廣播電視信號標準為公開的民用標準，其結(jié)構(gòu)中包含了一定的固定成分，用于信號同步、解調(diào)和糾錯等，本文正是基于這部分固定成分信號的分析，設(shè)計了干擾信號結(jié)構(gòu)，在距離多普勒譜上呈現(xiàn)各種形態(tài)的峰值，并形成虛假航跡，實現(xiàn)對數(shù)字廣播電視外輻射源雷達的干擾。數(shù)字廣播電視信號從調(diào)制模式分析，包括兩大類技術(shù)，即循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用技術(shù)(Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CP-OFDM)和時域同步正交頻分復(fù)用技術(shù)(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing,TDS-OFDM)。其中，中國移動多媒體廣播(China Mobile Multimedia Broadcasting,CMMB)和歐洲的DVB-T采用CP-OFDM技術(shù)，利用循環(huán)前綴作為OFDM的保護間隔，而數(shù)字電視地面廣播(DTMB)采用TDSOFDM技術(shù)，利用時域同步信號實現(xiàn)信號同步和信道估計。下面就這兩種技術(shù)類型的數(shù)字廣播電視信號，研究可行的外輻射源雷達干擾信號結(jié)構(gòu)。

數(shù)字廣播電視外輻射源雷達包括參考通道和監(jiān)測通道兩種類型，參考通道多為定向天線，指向輻射源發(fā)射站，其方向性強，增益高，且參考通道多采用“解調(diào)-再調(diào)制”的重構(gòu)方法獲取輻射源發(fā)射信號，因此，對參考通道進行干擾，難度較大。而監(jiān)測通道為獲取觀測范圍的目標回波信號，其方向性覆蓋面更廣，更容易被干擾，因此，下面主要討論外輻射源雷達監(jiān)測通道的干擾方法。

3.1 基于TDS-OFDM信號的外輻射源雷達

以DTMB信號為代表，分析基于TDS-OFDM信號的外輻射源雷達干擾技術(shù)。DTMB信號的最基本組成結(jié)構(gòu)為信號幀，每一個信號幀包括幀頭和幀體兩部分，其信號幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，幀頭有3種結(jié)構(gòu)可選，分別稱為PN420,PN595和PN945，都是由PN (Pseudo Noise)序列及其循環(huán)擴展序列組成的，但幀頭內(nèi)容已知，可作為訓(xùn)練序列完成信號同步和頻偏估計等。因此，DTMB信號結(jié)構(gòu)中不存在導(dǎo)頻信號。幀體部分包含36個符號的系統(tǒng)信息和3744個符號的數(shù)據(jù)，其中，對于同一系統(tǒng)，其系統(tǒng)信息相同，指示幀體模式，包括符號星座映射模式、LDPC編碼碼率、交織模式和幀體信息模式等[17]。

因此，DTMB信號結(jié)構(gòu)中的固定成分包括幀頭和幀體中那36個指示系統(tǒng)信息的符號。對于同一發(fā)射站，在較長時間內(nèi)，這些信息并不會發(fā)生改變，基于這些固定成分構(gòu)造的同頻干擾信號，可用于干擾以此發(fā)射站為輻射源的外輻射源雷達。這些固定成分的干擾形式將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

圖1 DTMB信號結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The sketch of signal structure for DTMB

現(xiàn)假設(shè)輻射源信號時域表達式為d(t)，頻域表達式為D(f)，則干擾信號時域表達式為

上述表達式體現(xiàn)出干擾信號與輻射源信號的聯(lián)系與區(qū)別，其對外輻射源雷達探測的影響將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

以幀頭結(jié)構(gòu)1為例，基于該幀頭結(jié)構(gòu)的DTMB信號設(shè)計干擾信號，此時干擾信號與發(fā)射信號間的相關(guān)性體現(xiàn)在幀頭和系統(tǒng)信息。信號標準中，幀頭長度為420個符號，幀體長度為3780個符號，共包含3780個子載波。假設(shè)兩發(fā)射信號間的相干積累增益為GF，則干擾信號與發(fā)射信號間的相干積累增益約為GF+10·lg((420+36)/4200)≈GF-9.64 dB。可以看出，較小強度的干擾信號功率，也可獲得較大增益的干擾效果，相關(guān)結(jié)果可通過后續(xù)仿真進行驗證。

3.2 基于CP-OFDM信號的外輻射源雷達

以DVB-T信號和CMMB信號為代表，分析兩種基于CP-OFDM信號的外輻射源雷達的干擾技術(shù)，其中DVB-T信號為典型的CP-OFDM信號，而CMMB信號為改進的CP-OFDM信號，其信號結(jié)構(gòu)中除了循環(huán)前綴，還加入了信標和同步信號，大大縮短了信號同步時間。對CMMB外輻射源雷達干擾技術(shù)的分析，同時適用于其他類型的改進型CP-OFDM信號外輻射源雷達。

圖2 DVB-T信號幀結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The sketch of signal structure for DVB-T

DVB-T信號以O(shè)FDM符號為基本組成單元，每68個OFDM符號為1幀，每4幀構(gòu)成一個超級幀，每2個超級幀構(gòu)成一個巨級幀，信號結(jié)構(gòu)如圖2所示。每一個OFDM符號組成包括2k模式和8k模式兩種情況，其中，2k模式下包含1705個有效子載波，8k模式下包含6817個有效子載波。每個OFDM符號由兩部分構(gòu)成，一部分為有用的OFDM數(shù)據(jù)，另一部分為保護間隔。有用的OFDM數(shù)據(jù)中包括數(shù)字電視數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻(連續(xù)導(dǎo)頻和離散導(dǎo)頻)和傳輸參數(shù)信令。其中，導(dǎo)頻信號可用于幀同步、時間同步、頻率同步、信道估計和傳輸模式識別等，每個符號在2k模式下插入45個連續(xù)導(dǎo)頻和131個離散導(dǎo)頻，在8k模式下插入177個連續(xù)導(dǎo)頻和524個離散導(dǎo)頻。傳輸參數(shù)信令用于傳輸與信道編碼和調(diào)制有關(guān)的參數(shù)，但每個符號只有17個(2k模式)或者68個(8k模式)載波用于傳輸這部分信息[18]。

因此，DVB-T信號中的固定成分包括離散導(dǎo)頻、連續(xù)導(dǎo)頻和傳輸參數(shù)信令。對于同一發(fā)射站而言，這些成分在一定時間內(nèi)不會變化，可基于這些固定成分設(shè)計同頻干擾信號，用于干擾以此發(fā)射站為輻射源的外輻射源雷達。相應(yīng)的干擾形式將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

現(xiàn)假設(shè)輻射源信號頻域表達式為D(f)，則干擾信號頻域表達式為

上述表達式體現(xiàn)出干擾信號與輻射源信號的聯(lián)系與區(qū)別，其對外輻射源雷達探測的影響將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

以8k模式的DVB-T信號為例，基于DVB-T信號結(jié)構(gòu)設(shè)計干擾信號，此時，干擾信號與發(fā)射信號間的相關(guān)性體現(xiàn)在導(dǎo)頻信息和傳輸參數(shù)信令等。DVB-T標準中，每個符號中共有6817個有效子載波，其中包含177個連續(xù)導(dǎo)頻、524個離散導(dǎo)頻和68個子載波傳輸參數(shù)信令。假設(shè)兩發(fā)射信號間的相干積累增益為GF，則干擾信號與發(fā)射信號間的相干積累增益約為GF+10·lg((177+524+68)/6817)≈GF-10 dB。可以看出，較小強度的干擾信號功率，也可獲得較大增益的干擾效果，相關(guān)結(jié)果可通過后續(xù)仿真進行驗證。

3.3 基于改進型CP-OFDM信號的外輻射源雷達

以CMMB信號為代表，分析基于改進型CP-OFDM信號的外輻射源雷達的干擾技術(shù)。CMMB信號的基本結(jié)構(gòu)為信號幀，1 s為1幀，分為40個時隙，每個時隙又包含1個信標和53個OFDM數(shù)據(jù)符號，具體地，信標中包含發(fā)射機標識信號和2個同步信號，且所有OFDM符號數(shù)據(jù)長度相同。其信號幀結(jié)構(gòu)如圖3所示[19]。對于同一發(fā)射站，其發(fā)射機標識信號是不變的。而同步信號用于其信號同步，因此其內(nèi)容也是固定不變的。53個OFDM數(shù)據(jù)符號中包括離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻兩種形式的導(dǎo)頻，用于信道估計，輔助信號的解調(diào)。CMMB通過復(fù)用幀的方式實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)、電子業(yè)務(wù)指南等信息的封裝和排列，使其能夠在廣播信道中傳送[20]。每個復(fù)用幀包括一個或幾個時隙的數(shù)據(jù)，音/視頻等數(shù)據(jù)封裝在同一復(fù)用子幀中，控制信道封裝在專用的復(fù)用幀中，其中，控制信道復(fù)用幀用于承載控制信息。對于同一發(fā)射站而言，其控制信道復(fù)用幀在較長時間內(nèi)并不會變化。

圖3 CMMB信號結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 The sketch of signal structure for CMMB

因此，CMMB信號中的固定成分包括發(fā)射機標識信號、同步信號、離散導(dǎo)頻、連續(xù)導(dǎo)頻和控制信道復(fù)用幀。對于同一發(fā)射站而言，這些成分在較長時間內(nèi)并不會發(fā)生變化，可基于這些固定成分設(shè)計同頻干擾信號，用于干擾以此發(fā)射站為輻射源的外輻射源雷達。相應(yīng)的干擾形式將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

現(xiàn)假設(shè)輻射源信號時域表達式為d(t)，頻域表達式為D(f)，則干擾信號時域表達式為

上述表達式體現(xiàn)出干擾信號與輻射源信號的聯(lián)系和區(qū)別，其對外輻射源雷達探測的影響將在后續(xù)仿真結(jié)果中展示。

基于CMMB信號結(jié)構(gòu)設(shè)計干擾信號，此時，干擾信號與發(fā)射信號間的相關(guān)性體現(xiàn)在發(fā)射機標識信號、同步信號、離散導(dǎo)頻、連續(xù)導(dǎo)頻和控制信道復(fù)用幀。為方便計算，這里僅考慮導(dǎo)頻信息引起的相干積累增益，CMMB信號標準中，每個OFDM符號共4096個子載波，其中包含連續(xù)導(dǎo)頻82個，離散導(dǎo)頻384個。假設(shè)兩發(fā)射信號間的相干積累增益為GF，則干擾信號與發(fā)射信號間的相干積累增益約為GF+10·lg((82+384)/4096)≈GF-10 dB?？梢钥闯觯^小強度的干擾信號功率，也可獲得較大增益的干擾效果，相關(guān)結(jié)果可通過后續(xù)仿真進行驗證。

基于上述方法得到的干擾峰多為固定峰，其檢測后的雙基地距離和多普勒值并不會隨時間變化，僅能遮蔽目標峰，無法形成虛假航跡。為使干擾峰在距離多普勒譜上隨時間移動，進而形成虛假航跡。本文基于信號標準中的標稱采樣率，給生成的干擾信號添加一定的采樣率偏差，由于外輻射源雷達接收系統(tǒng)無法補償干擾信號中的采樣率偏差，因此會使得距離多普勒譜上的干擾峰隨時間以固定速度沿距離維運動[13]。當(dāng)干擾峰的移動速度和其多普勒對應(yīng)的雙基地速度接近時，加之干擾峰檢測所得方位角固定，則干擾峰將會形成一條沿固定方向運動的虛假航跡。

4 仿真分析

結(jié)合第3節(jié)的分析可知，TDS-OFDM信號和CP-OFDM信號中都包含有固定成分，本節(jié)基于這些固定成分設(shè)計了干擾信號結(jié)構(gòu)，依據(jù)干擾信號模型，對含有干擾的監(jiān)測信號與參考信號之間的互相關(guān)過程進行仿真，通過互相關(guān)得到的距離多普勒譜，分別展示了基于TDS-OFDM信號外輻射源雷達和基于CP-OFDM信號外輻射源雷達的干擾形式，其中，基于TDS-OFDM信號外輻射源雷達以DTMB外輻射源雷達為例，基于CP-OFDM信號外輻射源雷達以DVB-T外輻射源雷達和CMMB外輻射源雷達為例。這里，為方便描述干擾特性，假設(shè)監(jiān)測信號中的輻射源直達波和多徑雜波已被抑制干凈，不考慮其影響，而來源于干擾信號的目標回波信號強度較弱，也不予考慮，因此，監(jiān)測信號中只考慮干擾信號和目標回波信號，即式(5)中僅考慮輻射源目標回波峰ψ1、干擾信號直達波峰ψ2(k=1)以及噪聲項ψ4。

4.1 TDS-OFDM信號外輻射源雷達干擾

TDS-OFDM信號外輻射源雷達，以DTMB外輻射源雷達為代表?；贒TMB信號中的固定成分，構(gòu)造了3種干擾信號結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)1中，干擾信號與輻射源信號擁有相同的幀頭結(jié)構(gòu)，不同的幀體結(jié)構(gòu)，稱為幀頭干擾；結(jié)構(gòu)2中，干擾信號與輻射源信號擁有不同的幀頭結(jié)構(gòu)，幀體中的系統(tǒng)信息部分是相同的，但其余部分并不相同，稱為系統(tǒng)信息干擾；結(jié)構(gòu)3中，干擾信號與輻射源信號擁有相同的幀頭結(jié)構(gòu)和相同的系統(tǒng)信息，稱為幀頭&系統(tǒng)信息干擾。輻射源發(fā)射站和干擾信號發(fā)射站擁有不同的載波頻偏，而接收站只能補償輻射源發(fā)射站的載波頻偏，因此，干擾信號會存在一固定的載波頻偏，同時，該載波頻偏大小可根據(jù)預(yù)設(shè)進行調(diào)整。下面通過距離多普勒譜展示上述3種干擾信號的特性。

仿真中，存在一個干擾信號和兩個目標信號，其中，干擾信號強度(即干噪比)為0，時延為350距離單元，多普勒為400 Hz，兩個目標信號強度(即信噪比)分別為–30 dB和–27 dB，時延分別為369距離單元和148距離單元，多普勒分別為110 Hz和–230 Hz。仿真中數(shù)據(jù)處理長度為1280個信號幀。

圖4展示了存在幀頭干擾情況下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余峰為干擾峰。經(jīng)相干積累后，干擾峰強度與目標峰強度相當(dāng)，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。從圖中可以看出，幀頭干擾產(chǎn)生了多個干擾峰，其中包括兩個干擾主峰和若干個干擾副峰，其具體分布位置與幀頭結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，本文對其分布特性不做詳細討論，干擾峰分布特性相關(guān)內(nèi)容可參考文獻[13]。從仿真中可以看出，幀頭干擾可產(chǎn)生大量干擾峰，可在一定程度上遮蔽目標峰，同時產(chǎn)生大量虛警，甚至引起虛假航跡。

圖4 幀頭干擾下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.4 The range-Doppler map for DTMB-based passive radar under the jamming of the frame header

圖5 系統(tǒng)信息干擾下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.5 The range-Doppler map for DTMB-based passive radar under the jamming of the system information

圖5展示了存在系統(tǒng)信息干擾情況下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾信號引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾峰凸顯，其強度接近目標峰強度，且干擾峰中心位置和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。但由于干擾信號的特殊性，干擾峰分辨率下降，表現(xiàn)為主瓣較寬的峰值，近似于帶狀分布。這是因為幀體頻域OFDM符號中的36個低頻符號用于傳輸固定的系統(tǒng)信息，即干擾信號與輻射源信號在頻域部分存在部分相同結(jié)構(gòu)，正是此部分的固定成分引起了干擾峰。

圖6展示了存在幀頭&系統(tǒng)信息干擾情況下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。從圖中可以看出，這是幀頭干擾和系統(tǒng)信息干擾兩者疊加的結(jié)果，此干擾下，產(chǎn)生了更多的干擾峰和條帶，使得目標峰更易被遮擋，增加了更多的虛警。

4.2 CP-OFDM信號外輻射源雷達干擾

CP-OFDM信號外輻射源雷達，以DVB-T外輻射源雷達為代表?；贒VB-T信號中的固定成分，構(gòu)造了3種干擾信號結(jié)構(gòu)。其中，傳輸參數(shù)信令雖然固定，但其所用有效子載波較少，難以形成干擾峰，因此，這里沒有分析單獨利用傳輸參數(shù)信令設(shè)計的干擾信號。結(jié)構(gòu)1中，干擾信號與輻射源信號僅擁有相同的離散導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，稱為離散導(dǎo)頻干擾；結(jié)構(gòu)2中，干擾信號與輻射源信號僅擁有相同的連續(xù)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，稱為連續(xù)導(dǎo)頻干擾；結(jié)構(gòu)3中，干擾信號與輻射源信號擁有相同的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，稱為導(dǎo)頻干擾。下面通過距離多普勒譜展示上述3種結(jié)構(gòu)的干擾信號特性。

仿真中，存在一個干擾信號和兩個目標信號，其中，干擾信號強度(即干噪比)為0，時延為350距離單元，多普勒為200 Hz；兩個目標信號強度(即信噪比)分別為–20 dB和–17 dB，時延分別為1000距離單元和500距離單元，多普勒分別為110 Hz和–150 Hz。仿真中數(shù)據(jù)處理長度為512個OFDM符號，DVB-T信號采用8k模式，循環(huán)前綴為1/4模式，且循環(huán)前綴不參與距離多普勒譜計算。為充分表現(xiàn)干擾信號中固定成分的影響，這里適當(dāng)提高了固定成分的幅度。

圖6 幀頭&系統(tǒng)信息干擾下DTMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.6 The range-Doppler map for DTMB-based passive radar under the jamming of the frame header and the system information

圖7展示了離散導(dǎo)頻干擾情況下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾峰凸顯，其強度高于目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。除干擾主峰外，離散導(dǎo)頻干擾還形成了2個較強的干擾峰和4個跨越整個距離維的干擾條帶，其中3個干擾條帶與對應(yīng)的干擾峰擁有相同的多普勒大小。

圖8展示了存在連續(xù)導(dǎo)頻干擾情況下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾凸顯，其強度接近目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。連續(xù)導(dǎo)頻干擾引起了一個干擾主峰和四個跨越整個距離維的干擾條帶，其中一個干擾條帶位于干擾主峰所在多普勒維，且該干擾條帶強度明顯高于其他干擾條帶。

圖7 離散導(dǎo)頻干擾下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.7 The range-Doppler map for DVB-T-based passive radar under the jamming of the scatter pilot

圖8 連續(xù)導(dǎo)頻干擾下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.8 The range-Doppler map for DVB-T-based passive radar under the jamming of the continuous pilot

圖9 導(dǎo)頻干擾下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.9 The range-Doppler map for DVB-T-based passive radar under the jamming of the pilot

圖9展示了同時存在離散導(dǎo)頻干擾與連續(xù)導(dǎo)頻干擾情況下DVB-T外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾凸顯，其強度高于目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。從圖中可以看出，這是離散導(dǎo)頻干擾和連續(xù)導(dǎo)頻干擾兩者疊加的結(jié)果，此干擾下，距離多普勒譜上出現(xiàn)了大量有效的干擾峰和條帶，增加了遮蔽目標峰的概率，提高了虛警率。上述結(jié)果與文獻[8]中的結(jié)果基本一致，但本文所提方法可擴展至任意輻射源信號，且在本文所提方法下，干擾峰并非靜止不動的，而是在距離多普勒譜上移動的，這增加了干擾的復(fù)雜性，并能形成虛假航跡。

4.3 改進型CP-OFDM信號外輻射源雷達干擾

改進型CP-OFDM信號外輻射雷達，以CMMB外輻射源雷達為代表。與常規(guī)CP-OFDM信號相比，改進型CP-OFDM信號，除了循環(huán)前綴，還在信號中加入了同步信號，這會給該型外輻射源雷達干擾帶來新的特性。這里，基于CMMB信號中的固定成分，構(gòu)造了3種干擾信號結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)1中，干擾信號與輻射源信號僅擁有相同的信標結(jié)構(gòu)，稱為信標干擾；結(jié)構(gòu)2中，干擾信號與輻射源信號僅擁有相同的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，稱為導(dǎo)頻干擾；結(jié)構(gòu)3中，干擾信號與輻射源信號僅擁有相同的控制信道復(fù)用幀，稱為控制信道干擾。下面通過距離多普勒譜展示上述3種結(jié)構(gòu)的干擾信號特性。

仿真中，存在一個干擾信號和兩個目標信號，其中，干擾信號強度(即干噪比)為0，時延為500距離單元，多普勒為400 Hz；兩個目標信號強度(即信噪比)分別為–30 dB和–27 dB，時延分別為369距離單元和148距離單元，多普勒分別為110 Hz和–230 Hz。仿真中數(shù)據(jù)處理長度為8個時隙。

圖10展示了存在信標干擾情況下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰。經(jīng)相干積累后，干擾峰凸顯，主峰強度高于目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。干擾峰在固定距離單元沿多普勒維離散分布，這是信標僅存在每個時隙的開端的特殊結(jié)構(gòu)引起的。

圖11展示了存在導(dǎo)頻干擾情況下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾峰凸顯，其強度高于目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。干擾信號不僅在固定多普勒大小處沿距離維形成了帶狀干擾，還在干擾主峰所在多普勒維形成若干的干擾副峰。

圖12展示了存在控制信道干擾情況下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜，其中，紅色圓圈標示出目標峰，其余為干擾引起的峰和條帶。經(jīng)相干積累后，干擾峰凸顯，其強度高于目標峰強度，且干擾主峰和目標峰位置與仿真參數(shù)保持一致。除了干擾主峰，距離多普勒譜上還存在離散的干擾副峰，且部分干擾峰多普勒主瓣較寬。從圖中可以看出，控制信道干擾形成了有效的干擾峰，增加了遮蔽目標峰的概率，提高了虛警率。

圖10 信標干擾下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.10 The range-Doppler map for CMMB-based passive radar under the jamming of the beacon

圖11 導(dǎo)頻干擾下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.11 The range-Doppler map for CMMB-based passive radar under the jamming of the pilot

圖12 控制信道干擾下CMMB外輻射源雷達的距離多普勒譜Fig.12 The range-Doppler map for CMMB-based passive radar under the jamming of the control channel

根據(jù)TDS-OFDM信號外輻射源雷達干擾和CP-OFDM信號外輻射源雷達干擾的仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：基于數(shù)字廣播電視信號的固定成分設(shè)計的干擾信號，由于其與輻射源信號間存在一定的相關(guān)性，可通過相干積累實現(xiàn)干擾峰的增強，因此干擾信號的強度并不高，有利于干擾源的隱蔽。上述仿真僅展示了單個干擾信號在距離多普勒譜上的形態(tài)與特性，實際應(yīng)用過程中，可以通過將不同時延和多普勒的干擾信號疊加，形成復(fù)合干擾信號，從而實現(xiàn)干擾峰對整個距離多普勒譜的有效覆蓋，顯著提高雷達的虛警率，干擾雷達的正常工作。

4.4 虛假航跡

以DTMB外輻射源雷達為例，仿真該型雷達下的虛假航跡，對應(yīng)的方法可推廣至其他類型外輻射源雷達。仿真中，包含2個目標回波信號和1個幀頭干擾信號，其中，起始時刻，兩個目標信號強度(即信噪比)分別為–30 dB和–27 dB，時延分別為369距離單元和148距離單元，多普勒分別為110 Hz和–230 Hz，且目標運動采用勻加速模型；干擾信號強度(即干噪比)為0，時延為350距離單元，多普勒為400 Hz，干擾信號對應(yīng)的采樣率偏差為6 Hz。在此仿真條件下，仿真50場數(shù)據(jù)，獲得距離多普勒譜多場數(shù)據(jù)累積結(jié)果和目標跟蹤結(jié)果如圖13，圖14所示。

圖13展示了干擾存在情況下外輻射源雷達距離多普勒譜50場數(shù)據(jù)累積結(jié)果圖，從圖中可以看出，除了兩個運動目標在距離多普勒譜上形成的點跡外，還存在多條沿距離維移動的干擾峰形成的點跡，其干擾峰位置分布規(guī)律與圖4保持一致，且圖13中在目標的前后255個距離單元處存在著由幀頭前后同步信號產(chǎn)生的虛假目標。圖14展示了干擾存在情況下外輻射源雷達目標跟蹤結(jié)果，從圖中可以看出，除了兩個真實目標軌跡外，還存在多條干擾信號形成的虛假航跡。虛假航跡是多條以固定速度由遠及近向接收站運動的軌跡，且軌跡完全重合，這些虛假航跡是由圖13中多普勒為正的那些干擾峰引起的。這些多普勒為正的干擾峰，其多普勒對應(yīng)的雙基地速度大小與干擾峰移動速度相當(dāng)，與真實目標運動規(guī)律一致，因此在跟蹤結(jié)果中形成了相應(yīng)的虛假航跡。實際應(yīng)用過程中，通過將不同時延、多普勒和采樣率偏差的干擾信號疊加，形成復(fù)合干擾信號，將可以形成更多的虛假航跡。這里的仿真實驗是針對DTMB外輻射源雷達開展的，但其方法同樣適用于其他類型的外輻射源雷達。

圖13 干擾存在情況下距離多普勒譜多場數(shù)據(jù)累積結(jié)果Fig.13 The cumulative results of multiple-frame data of the range-Doppler map with the jamming

圖14 干擾存在情況下外輻射源雷達目標跟蹤結(jié)果Fig.14 The target tracking results of passive radar with the jamming

5 結(jié)束語

基于輻射源信號結(jié)構(gòu)和外輻射源雷達干擾模型，本文研究了基于信號結(jié)構(gòu)特點的外輻射源雷達干擾方法，并以國內(nèi)外數(shù)字廣播電視外輻射源雷達為例，詳細闡述了干擾方法和干擾特性，其中，數(shù)字廣播電視信號中的幀頭和導(dǎo)頻等用于同步和信道均衡的固定成分，十分適合設(shè)計成外輻射源雷達的干擾信號。基于此類固定成分而構(gòu)造的干擾信號，可在距離多普勒譜上形成干擾峰或條帶，有效遮蔽目標峰，造成虛警率升高，甚至引起虛假航跡，干擾外輻射源雷達的正常工作。由于干擾信號與參考信號間存在相關(guān)性，可通過相干積累提高干擾峰強度，因此，基于輻射源信號結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出的干擾信號，其強度較小，可有效隱藏于輻射源信號之下，有利于干擾源的隱蔽，同時，由于干擾信號強度很弱，并不會影響輻射源信號的正常接收。仿真結(jié)果表明，通過利用幀頭和導(dǎo)頻等固定成分構(gòu)造的干擾信號，可在距離多普勒譜上形成干擾峰或干擾條帶，并形成虛假航跡，有效干擾數(shù)字廣播電視外輻射源雷達的正常工作。本文所提基于信號結(jié)構(gòu)特點的外輻射源雷達干擾方法，不僅適用于國內(nèi)外各型數(shù)字廣播電視外輻射源雷達，也適用于其他類型的外輻射源雷達，如基于4G/5G通信信號的外輻射源雷達等。