王瑞革 楊 怡 劉鑫超 吳 皓 李辰梓

(1.中國(guó)人民解放軍92785部隊(duì) 秦皇島 066200；2.西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子對(duì)抗的作用和地位越來(lái)越受到各國(guó)關(guān)注，近年來(lái)，海軍對(duì)于艦載雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力尤為重視，在對(duì)艦載雷達(dá)實(shí)施壓制干擾的干擾樣式中，靈巧噪聲干擾作為一種對(duì)新體制雷達(dá)的有效干擾方法，受到眾多研究者的持續(xù)關(guān)注。該種干擾可以產(chǎn)生與目標(biāo)回波非常相似的干擾信號(hào)，能根據(jù)干擾對(duì)象和干擾環(huán)境靈活變化，使干擾能量集中在雷達(dá)信號(hào)帶寬內(nèi)，并能根據(jù)不同雷達(dá)信號(hào)的特征，選擇干擾效果最好，針對(duì)性最強(qiáng)的干擾波形自適應(yīng)的改變信號(hào)形式和參數(shù)，并且兼具壓制性和欺騙性?xún)煞N干擾性質(zhì)[1-2]。

本文介紹了艦載雷達(dá)壓制干擾環(huán)境下針對(duì)LFM信號(hào)以DRFM技術(shù)為基礎(chǔ)的卷積調(diào)制靈巧噪聲干擾的產(chǎn)生原理、仿真分析、應(yīng)用場(chǎng)景、干擾強(qiáng)度等級(jí)劃分以及雷達(dá)被干擾效果等內(nèi)容，合理地支撐了海軍電子對(duì)抗實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練中干擾方案的制定，并為后續(xù)艦載雷達(dá)干擾及抗干擾工作的開(kāi)展提供了先驗(yàn)信息。

1 靈巧噪聲干擾

電子戰(zhàn)專(zhuān)家斯萊赫在專(zhuān)著《信息時(shí)代的電子戰(zhàn)》一書(shū)中提出了目前公認(rèn)的較為權(quán)威的靈巧噪聲干擾的概念，具體表述為：靈巧噪聲技術(shù)兼有欺騙干擾和遮蓋性干擾的特點(diǎn)，由干擾機(jī)運(yùn)用視頻噪聲將截獲的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行時(shí)域上的調(diào)制，產(chǎn)生的干擾在時(shí)域和頻域上與真實(shí)回波重疊并且覆蓋住目標(biāo)回波。這種干擾波形沒(méi)有直接轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的全部效果，但要求比噪聲干擾機(jī)更多地了解敵方雷達(dá)信息，能更好地利用干擾能量[3-4]。

1.1 DRFM技術(shù)卷積調(diào)制靈巧噪聲原理

在對(duì)雷達(dá)信號(hào)的時(shí)頻信息精確偵察之后，產(chǎn)生靈巧干擾的方法主要有：直接數(shù)字合成(DDS)和基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)(DRFM)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，DDS需要結(jié)合被干擾雷達(dá)的先驗(yàn)知識(shí)和更多情報(bào)來(lái)支撐。DRFM能在一定時(shí)長(zhǎng)下高精度地保存相參脈沖信號(hào)并對(duì)其脈內(nèi)相參復(fù)制，將雷達(dá)的脈內(nèi)調(diào)制無(wú)失真地復(fù)制保存下來(lái)，在發(fā)射干擾時(shí)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)前存儲(chǔ)的雷達(dá)波形信號(hào)[5]。以典型的雷達(dá)信號(hào)LFM信號(hào)為研究對(duì)象，基于DRFM技術(shù)卷積調(diào)制靈巧干擾原理框圖如圖1所示。

圖1 靈巧噪聲干擾原理圖

雷達(dá)信號(hào)經(jīng)天線(xiàn)接收、放大、濾波、下變頻后進(jìn)入DRFM，另一路經(jīng)放大濾波后的信號(hào)進(jìn)入調(diào)制器來(lái)控制視頻噪聲參數(shù)，經(jīng)過(guò)調(diào)制的視頻噪聲與DRFM中經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)完成卷積，最終放大輸出，對(duì)雷達(dá)造成干擾。該干擾波形能有效抑制雷達(dá)的旁瓣消隱(SLB)和旁瓣相消(SLC)，對(duì)于SLB來(lái)說(shuō)若對(duì)所有假目標(biāo)都有效，則會(huì)可能造成雷達(dá)主通道在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)關(guān)閉而丟失真目標(biāo)。而SLC是一個(gè)自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，對(duì)脈沖不響應(yīng)，所以對(duì)于旁瓣進(jìn)入的脈沖型信號(hào)不能造成相消[6]。

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射脈沖為S(t)，點(diǎn)目標(biāo)的響應(yīng)函數(shù)為P(t)，則目標(biāo)回波信號(hào)為式(1)。

Sr(t)=S(t)?P(t)

(1)

?表示卷積運(yùn)算。假設(shè)卷積視頻信號(hào)為ξ(t),干擾信號(hào)為Jr(t)，則有

Jr(t)=ξ(t)?S(t)

(2)

匹配濾波器的響應(yīng)函數(shù)為S*(-t)，干擾信號(hào)和目標(biāo)回波同時(shí)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后，輸出信號(hào)可以表示為

J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]?S*(-t)

(3)

將公式(1)、公式(2)代入公式(3)中有

J(t)=[ξ(t)+P(t)]?S(t)?S*(-t)

(4)

設(shè)J(t)=[Sr(t)+Jr(t)]?S*(-t)P(f)、J(f)、S(f)和N(f)分別為P(t) 、J(t)、S(t)和ξ(t)對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)。則有

J(f)=P(f)·|S(f)|2+N(f)·|S(f)|2

(5)

由式(5)做傅里葉逆變換可得出J(f)的時(shí)域輸出為

J(t)=F-1[|S(f)|2]?P(t)+F-1[|S(f)|2]?ξ(t)

(6)

式(6)中F-1[|S(f)|2]稱(chēng)為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，與其卷積的任意信號(hào)都能獲得脈沖壓縮處理增益，由此得出脈沖壓縮后發(fā)出的干擾信號(hào)取決于與之卷積的視頻信號(hào)ξ(t)，常用的ξ(t)信號(hào)有方波、三角波、鋸齒波以及正余弦信號(hào)等。不同的波形可以產(chǎn)生不同的干擾效果，由于DRFM能完全無(wú)失真地復(fù)制存儲(chǔ)雷達(dá)信號(hào)，在此信號(hào)上進(jìn)行噪聲調(diào)制能保證在不需測(cè)頻的情況下使干擾頻率始終自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)信號(hào)頻率，且在頻域上噪聲拓展了干擾信號(hào)的頻譜，使干擾信號(hào)始終能夠覆蓋真正的目標(biāo)回波，因此干擾能量能更多地進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，達(dá)到干擾效能的最大化。

1.2 仿真分析

針對(duì)LFM信號(hào)進(jìn)行仿真，選取信號(hào)時(shí)寬為60μs，帶寬為20MHz，中心頻率為60MHz的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2和圖3所示。選取均值為0，方差為1，時(shí)寬為10μs的高斯白噪聲為視頻信號(hào)，與LFM信號(hào)卷積之后的靈巧噪聲信號(hào)仿真結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。

圖2 LFM信號(hào)頻域圖像

圖3 LFM雷達(dá)信號(hào)脈壓圖

圖4 靈巧噪聲時(shí)域圖

圖5 靈巧噪聲頻域圖

圖6 靈巧噪聲脈壓圖

由圖5可以看出靈巧噪聲信號(hào)的中心頻率完全能夠?qū)?zhǔn)LFM雷達(dá)信號(hào)的中心頻率，并且噪聲的時(shí)寬越寬，壓制效果越好。由圖6可看出經(jīng)脈壓之后的靈巧噪聲信號(hào)經(jīng)雷達(dá)接收機(jī)接收以后能夠遮蓋雷達(dá)信號(hào)，產(chǎn)生良好的壓制干擾效果。

1.3 海軍應(yīng)用場(chǎng)景及干擾強(qiáng)度等級(jí)劃分

在海軍電子對(duì)抗訓(xùn)練中，以某型號(hào)雷達(dá)目標(biāo)及干擾模擬器為干擾設(shè)備，該設(shè)備可提供壓制式、欺騙式以及復(fù)合式等十余種干擾樣式，依據(jù)干擾場(chǎng)景不同可劃分為遠(yuǎn)距離支援干擾、隨隊(duì)干擾、自衛(wèi)干擾等類(lèi)型，將該設(shè)備置于海軍某艦距離被干擾雷達(dá)一定距離的合適位置，根據(jù)訓(xùn)練需求釋放不同等級(jí)強(qiáng)度的壓制干擾，干擾場(chǎng)景如圖7所示。

圖7 應(yīng)用場(chǎng)景

訓(xùn)練中需釋放高中低三種強(qiáng)度的壓制干擾，干擾強(qiáng)度等級(jí)劃分需依據(jù)雷達(dá)的受干擾情況及抗干擾措施是否有效來(lái)定，反復(fù)試驗(yàn)后，靈巧噪聲干擾符合要求的強(qiáng)度等級(jí)劃分方案為：干擾發(fā)射功率衰減50dB，雷達(dá)收到干擾信號(hào)，采取抗干擾措施后可穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)為一級(jí)干擾；干擾發(fā)射功率衰減35dB，雷達(dá)明顯收到干擾信號(hào)，采取抗干擾措施后目標(biāo)跟蹤不穩(wěn)定為二級(jí)干擾；干擾發(fā)射功率衰減10dB，雷達(dá)受到強(qiáng)烈干擾，抗干擾措施無(wú)效，無(wú)法跟蹤目標(biāo)為三級(jí)干擾。等級(jí)劃分方案如表1所示。

表1 靈巧噪聲干擾強(qiáng)度等級(jí)劃分方案

2 應(yīng)用效果

用信號(hào)源來(lái)模擬中心頻率為5.4GHz、脈寬為10μs，重復(fù)周期為100μs的雷達(dá)信號(hào)，以某種按上述卷積調(diào)制原理產(chǎn)生靈巧噪聲的干擾設(shè)備來(lái)釋放靈巧噪聲干擾信號(hào)，設(shè)定干擾數(shù)據(jù)更新間隔10個(gè)脈沖重復(fù)周期，頻譜儀設(shè)定為zero span時(shí)測(cè)量的靈巧噪聲信號(hào)如圖8所示。

圖8 靈巧噪聲干擾信號(hào)

由圖8可看出靈巧噪聲信號(hào)以1ms為周期持續(xù)發(fā)送，將該型號(hào)雷達(dá)目標(biāo)及干擾模擬器應(yīng)用于海軍某電子對(duì)抗訓(xùn)練中，按圖7所示場(chǎng)景架設(shè)設(shè)備，按表1所示干擾方案釋放靈巧噪聲干擾，以某雷達(dá)分別受到靈巧噪聲一級(jí)干擾、二級(jí)干擾和三級(jí)干擾時(shí)終端效果圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明靈巧噪聲干擾在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

由圖9可看出未釋放靈巧噪聲干擾信號(hào)時(shí)雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)。由圖10看出當(dāng)雷達(dá)受到一級(jí)干擾時(shí)依然可以有效跟蹤目標(biāo)，所受干擾對(duì)雷達(dá)影響較小。由圖11看出當(dāng)雷達(dá)受到二級(jí)干擾時(shí)雷達(dá)目標(biāo)批數(shù)由9批減少到2批。由圖12看出當(dāng)雷達(dá)受到三級(jí)干擾時(shí)，目標(biāo)完全消失，雷達(dá)無(wú)法正常跟蹤到目標(biāo)，并且不再出現(xiàn)新目標(biāo)。上述結(jié)論充分說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用中靈巧噪聲干擾效果明顯，與仿真結(jié)果相符。

圖9 雷達(dá)未受干擾二次點(diǎn)跡

圖10 雷達(dá)受到一級(jí)干擾點(diǎn)跡

圖11 雷達(dá)受到二級(jí)干擾點(diǎn)跡

圖12 雷達(dá)受到三級(jí)干擾點(diǎn)跡

3 結(jié)束語(yǔ)

文中結(jié)合海軍電子對(duì)抗訓(xùn)練中針對(duì)艦載雷達(dá)實(shí)施壓制干擾的方案要求及應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)靈巧噪聲干擾的產(chǎn)生原理、仿真分析以及對(duì)艦載雷達(dá)的實(shí)際干擾效果等的論述，進(jìn)一步闡明了靈巧噪聲的壓制干擾特性，對(duì)新體制雷達(dá)具備優(yōu)良的干擾作用，在未來(lái)電子戰(zhàn)中具備廣闊的研究前景。