基于延時(shí)疊加多普勒調(diào)制的PD雷達(dá)干擾

張鴻 劉飛 吳偉偉

本文針對(duì)PD雷達(dá)的干擾問(wèn)題開(kāi)展研究，首先分析了PD雷達(dá)信號(hào)處理的原理，提出基于延時(shí)疊加多普勒調(diào)制的干擾方法，并對(duì)該干擾方法進(jìn)行原理分析和仿真分析，仿真結(jié)果表明：通過(guò)延時(shí)疊加多普勒調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PD雷達(dá)的有效干擾。

1.引言

脈沖多普勒（pulse Doppler，簡(jiǎn)稱PD）雷達(dá)是一種廣泛使用的全相參體制雷達(dá)，它利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，由于采用相參脈沖串進(jìn)行處理，具有非常高的速度測(cè)量精度，并且能有效的抑制雜波，因此具備在強(qiáng)雜波背景下動(dòng)目標(biāo)的提取能力。PD雷達(dá)的應(yīng)用與發(fā)展是雷達(dá)理論與技術(shù)發(fā)展，特別是新型電子器件和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，是戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)任務(wù)、目標(biāo)環(huán)境變化，以及下視、下射、反低空突防任務(wù)的迫切需要。

PD雷達(dá)利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)回波和雜波的分離，能夠從強(qiáng)地物雜波背景中提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；同時(shí)為了解決距離～速度的模糊問(wèn)題，PD雷達(dá)采用多種重復(fù)頻率進(jìn)行解模糊，因此，PD雷達(dá)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，傳統(tǒng)的干擾技術(shù)很難對(duì)其形成有效干擾，并且隨著數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，僅僅通過(guò)速度或者距離的干擾已經(jīng)很難奏效。

本文提出一種基于延時(shí)疊加多普勒調(diào)制的干擾方法，通過(guò)延時(shí)疊加實(shí)現(xiàn)距離維的有效干擾，通過(guò)多普勒調(diào)制實(shí)現(xiàn)速度維的有效干擾，最終達(dá)到對(duì)PD雷達(dá)的有效干擾。

2.PD雷達(dá)信號(hào)處理的原理

由經(jīng)典的雷達(dá)理論可知，雷達(dá)的作用距離是和雷達(dá)的平均發(fā)射功率成正比的，脈沖多普勒雷達(dá)由于發(fā)射的是脈沖信號(hào)，所以在峰值功率一定的情況下，發(fā)射的脈寬越大平均功率就越高，作用距離也就越遠(yuǎn)，然而PD雷達(dá)的距離分辨是發(fā)射和回波之間的脈沖延遲差來(lái)確定的，即脈沖寬度越大距離分辨率越低。為了解決作用距離和距離分辨率之間的矛盾，PD雷達(dá)往往發(fā)射Chirp脈沖串，然后通過(guò)脈沖壓縮同時(shí)獲得較好的作用距離和距離分辨。下面假設(shè)PD雷達(dá)發(fā)射Chirp脈沖來(lái)推導(dǎo)徑向勻速目標(biāo)的回波模型以從數(shù)學(xué)上分析長(zhǎng)時(shí)間相參積累時(shí)出現(xiàn)的包絡(luò)走動(dòng)以及其帶來(lái)的影響。

設(shè)雷達(dá)所觀測(cè)得目標(biāo)的初始位置為，以勻徑向速度v背離雷達(dá)飛行。第m個(gè)脈沖達(dá)到目標(biāo)的時(shí)刻，雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離為R=Rn+vmT，回波延遲為trn=2（Ro+vmT）/c，其中T為雷達(dá)的發(fā)射脈沖重復(fù)周期。則第m個(gè)脈沖的目標(biāo)回波為

其中M為積累脈沖數(shù)，當(dāng)仁f=f時(shí)，傅里葉變換的相位旋轉(zhuǎn)因子將各個(gè)脈沖的回波相位補(bǔ)償?shù)揭恢?，從而?shí)現(xiàn)同相相加即相參積累。

對(duì)于PD雷達(dá)分別為：脈寬T：5e-6us；PRF：10e3；相參處理脈沖數(shù)目：32：目標(biāo)距離：10km：速度：-37m/s，信噪比：-6dB；雜噪比：20dB。圖1為PD雷達(dá)處理前后的距離-速度二維曲線，其中圖1（a）為未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理的距離一速度二維曲線，圖1（b）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后的距離一速度二維曲線，圖1（c）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理時(shí)，在速度為0處存在非常強(qiáng)的雜波，而此時(shí)目標(biāo)功率非常弱，經(jīng)脈沖壓縮后目標(biāo)回波信號(hào)得到增強(qiáng)，但此時(shí)仍存在非常強(qiáng)的雜波，直接進(jìn)行距離檢測(cè)很難提取目標(biāo)信息，當(dāng)經(jīng)過(guò)多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，目標(biāo)得到凸顯。

圖2為PD雷達(dá)距離檢測(cè)（a）和速度（b）檢測(cè)輸出，由圖2可以看出，PD處理后目標(biāo)的距離為10km，速度為-37m/s，與初始設(shè)置的一致，因此，通過(guò)PD處理，雷達(dá)可以從距離和速度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

3.延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾產(chǎn)生方法

延時(shí)疊加干擾采用如下圖所示的產(chǎn)生方法，干擾機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)延時(shí)T后進(jìn)行全脈沖存儲(chǔ)，后疊加第二個(gè)脈沖，后疊加第三個(gè)脈沖，依次疊加，后疊加第N個(gè)脈沖。

延時(shí)疊加干擾后產(chǎn)生的干擾信號(hào)表達(dá)式為：

有上式可以看出，產(chǎn)生的干擾信號(hào)可以看成多個(gè)目標(biāo)的疊加，如果比雷達(dá)的距離分辨率小，N足夠多，將形成密集的假目標(biāo)。

隨著PD雷達(dá)采用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，具備了將距離數(shù)據(jù)進(jìn)行微分來(lái)計(jì)算目標(biāo)的速度。將計(jì)算得到的速度值與多普勒測(cè)速測(cè)得的速度進(jìn)行比較，從而剔除假目標(biāo)。所以，單純進(jìn)行距離維的干擾很難對(duì)這一類PD雷達(dá)獲得有效的干擾效。因此，在進(jìn)行距離維的干擾時(shí)，必須同時(shí)引入速度維的干擾。

此時(shí)，延時(shí)疊加多普勒調(diào)制后產(chǎn)生的干擾信號(hào)表達(dá)式為：

4.延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾仿真

下面對(duì)延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾的干擾效果進(jìn)行仿真，選用的參數(shù)為：脈寬T：5e-6us；PRF：10e3相參處理脈沖數(shù)目：32；目標(biāo)距離：10km；速度：-37m/s，信噪比：-6dB；雜噪比：20dB，干信比15dB，干擾信號(hào)延時(shí)時(shí)間0.25us。

圖4為延時(shí)疊加干擾下的PD雷達(dá)處理前后的距離一速度二維曲線，其中圖4（a）為未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，圖4（b）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后的距離-速度二維曲線，圖4（c）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理時(shí)，在速度為0處存在非常強(qiáng)的雜波，目標(biāo)被干擾信號(hào)所覆蓋，并且干擾信號(hào)覆蓋一定的距離區(qū)域，經(jīng)脈沖壓縮后干擾信號(hào)得到增強(qiáng)，仍無(wú)法提取目標(biāo)，當(dāng)經(jīng)過(guò)多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，此時(shí)干擾信號(hào)凸顯出來(lái)。

圖5為PD雷達(dá)距離檢測(cè)（a）和速度（b）檢測(cè)的輸出，由圖可以看出，PD處理后形成了密集的假目標(biāo)，對(duì)應(yīng)的速度檢測(cè)結(jié)果為-37m/s，表1為對(duì)應(yīng)的延時(shí)疊加干擾下PD雷達(dá)處理后的距離和速度結(jié)果，假目標(biāo)共20個(gè)，假目標(biāo)覆蓋范圍從8.25km到13km均勻分布，對(duì)應(yīng)的速度均為-37m/s。

由于目前的PD雷達(dá)具備了較強(qiáng)的抗干擾能力，這種僅進(jìn)行距離的干擾很容易被PD雷達(dá)所剔除，因此在進(jìn)行距離干擾的同時(shí)還需進(jìn)行速度維的干擾。圖6為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下的PD雷達(dá)處理前后的距離一速度二維曲線，其中圖6（a）為未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理的距離一速度二維曲線，圖6（b）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后的距離-速度二維曲線，圖6（c）為經(jīng)過(guò)脈沖壓縮和多普勒處理的距離-速度二維曲線，由圖可以看出未進(jìn)行脈沖壓縮和多普勒處理時(shí)，在速度為0處存在非常強(qiáng)的雜波，目標(biāo)被干擾信號(hào)所覆蓋，并且干擾信號(hào)覆蓋一定的距離區(qū)域，經(jīng)脈沖壓縮后干擾信號(hào)得到增強(qiáng)，仍無(wú)法提取目標(biāo)，當(dāng)經(jīng)過(guò)多普勒濾波處理后，在雜波處形成非常深的零陷，此時(shí)干擾信號(hào)凸顯出來(lái)，并且每個(gè)干擾信號(hào)的速度信息均不相同。

圖6為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下PD雷達(dá)處理前后的距離-速度二維曲線。

圖7為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下PD雷達(dá)距離檢測(cè)輸出，由圖可以看出，PD處理后形成了密集的假目標(biāo)，對(duì)應(yīng)的最大速度檢測(cè)和最小速度檢測(cè)結(jié)果如圖8（a）和圖8（b）所示，表2為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下PD雷達(dá)處理后的距離和速度結(jié)果，假目標(biāo)共20個(gè)，假目標(biāo)覆蓋范圍從8.25km到13km均勻分布，對(duì)應(yīng)的速度覆蓋范圍從-50.56m/s到-22.21 m/s均勻分布。

圖8為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下PD雷達(dá)速度的檢測(cè)輸出。

表2為延時(shí)疊加多普勒調(diào)制干擾下PD雷達(dá)處理后的距離和速度結(jié)果。

由上面的分析可知，通過(guò)延時(shí)疊加多普勒調(diào)制，形成了密集的假目標(biāo)，這些假目標(biāo)具有不同的距離和速度，因此即使PD雷達(dá)采用抗干擾手段也很難將干擾剔除。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)PD雷達(dá)的干擾，提出一種基于延時(shí)疊加多普勒調(diào)制的干擾方法，并進(jìn)行了理論和數(shù)值仿真研究，仿真結(jié)果表明通過(guò)延時(shí)疊加多普勒調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)距離維和速度維的有效干擾，最終達(dá)到對(duì)PD雷達(dá)的有效干擾。本論文的研究可以PD雷達(dá)的干擾提供一定的參考意義。