對線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)相參干擾方法研究

郭慧峰，魯永為，山世浩，徐亞波

（光電對抗測試評估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471003）

0 引言

線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)通過發(fā)射一組載頻線性跳變的脈內(nèi)線性調(diào)頻脈沖串，兼具線性調(diào)頻信號和步進(jìn)頻率信號的優(yōu)點(diǎn)，在不增加系統(tǒng)瞬時(shí)帶寬的情況下用數(shù)字信號處理的方法合成高分辨距離像，同時(shí)采用寬脈沖發(fā)射保證了足夠大的作用距離。由于步進(jìn)頻雷達(dá)利用回波信號的延時(shí)相位通過IFFT 處理得到高分辨率位置信息，而傳統(tǒng)的噪聲干擾信號不相參，干擾效果不明顯，因此線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，在精確制導(dǎo)武器中得到了廣泛的應(yīng)用。

文獻(xiàn)[1]分析了噪聲干擾對單脈沖頻率步進(jìn)雷達(dá)的影響，并分析了基于DRFM 的頻率步進(jìn)頻雷達(dá)欺騙干擾；文獻(xiàn)[2]分析了移頻干擾對脈沖壓縮雷達(dá)的影響；文獻(xiàn)[3]提出采用多假目標(biāo)欺騙和隨機(jī)脈沖卷積調(diào)制干擾對步進(jìn)頻雷達(dá)實(shí)施干擾，但沒有考慮由采樣時(shí)長帶來的干擾信號相對真實(shí)目標(biāo)回波的延時(shí)，使得假目標(biāo)無法進(jìn)入檢測波門，也就無法對真實(shí)目標(biāo)進(jìn)行有效干擾，隨機(jī)脈沖卷積調(diào)制干擾擴(kuò)大了假目標(biāo)分布范圍，但也降低了干擾信號的處理得益，降低了干擾效果。

1 線性調(diào)頻步進(jìn)頻信號處理

線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)信號是把步進(jìn)頻信號中的常載頻子脈沖換成線性調(diào)頻子脈沖，每個子脈沖都是線性調(diào)頻信號，子脈沖的中心頻率均勻步進(jìn)，如圖1所示。

圖1 線性調(diào)頻步進(jìn)頻信號頻率變化規(guī)律

線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)接收到回波信號后首先對子脈沖進(jìn)行脈沖壓縮，然后再進(jìn)行脈沖串間的相參合成，如圖2 所示。這樣既保留了子脈沖信號低采樣率和窄帶處理的優(yōu)點(diǎn)，又具備線性調(diào)頻信號大時(shí)寬帶寬積的特點(diǎn)，集目標(biāo)探測跟蹤和輸出高分辨一維距離像2 種功能于一體，極大提高了對目標(biāo)的精確識別和跟蹤能力。

圖2 線性調(diào)頻步進(jìn)頻信號處理流程

設(shè)線性調(diào)頻步進(jìn)頻信號回波表達(dá)式為：

式中，1=iT+，T為脈沖重復(fù)周期，Δ為頻率步進(jìn)大小，=/為子脈沖調(diào)頻斜率，為調(diào)頻信號帶寬，一般不大于Δ，為信號脈寬，為調(diào)頻子脈沖個數(shù)，為雷達(dá)起始頻率,為目標(biāo)回波的時(shí)間延時(shí)。

式中，為目標(biāo)距離，為目標(biāo)速度，本文假設(shè)=0，為光速。

()與接收機(jī)參考信號混頻后的輸出為：

根據(jù)脈沖壓縮原理，()經(jīng)過匹配濾波器后輸出為：

取采樣時(shí)刻為=iT+2/，可以得到慢時(shí)間維脈壓輸出采樣為：

由式（5）可以看出脈壓后子脈沖在慢時(shí)間維進(jìn)行了e相位調(diào)制，對其進(jìn)行IFFT 處理后的結(jié)果為：

式（6）為離散sin c 函數(shù)，距離分辨力為c/(2Δ)，相對單個子脈沖至少提高倍。

2 間歇采樣干擾模型

間歇采樣干擾是一種基于DRFM 的收發(fā)分時(shí)干擾樣式，通過利用雷達(dá)對回波信號的匹配處理，可以產(chǎn)生假目標(biāo)干擾效果。基本的間歇采樣干擾樣式為單次轉(zhuǎn)發(fā)干擾方式，如圖3 所示。

圖3 間歇采樣單次轉(zhuǎn)發(fā)干擾時(shí)序

其干擾時(shí)序?yàn)椋?/p>

式中，間歇采樣周期為T，對于單次轉(zhuǎn)發(fā)干擾方式，其單次采樣時(shí)長和單次干擾時(shí)長均為T/2。

()頻譜表達(dá)式為：

設(shè)對線性調(diào)頻步進(jìn)頻信號間歇采樣后的信號為x()，則x()=()()，干擾信號x()為對采樣信號x()進(jìn)行T/2 的延時(shí)，結(jié)合頻率搬移對脈沖壓縮的影響可得到x()對應(yīng)脈壓輸出為：

可以看出，對于每個調(diào)頻子脈沖的脈壓結(jié)果，當(dāng)=T/2+iT+-nf/時(shí)刻出現(xiàn)峰值，且=0，=iT+幅度最大，稱為主假目標(biāo)。

設(shè)真實(shí)目標(biāo)位置=19.7 km，脈寬=80 μs，帶寬=5 MHz，T=4 μs，間歇采樣干擾信號脈壓結(jié)果如圖4 所示，形成主假目標(biāo)位于距離20 km 處，滯后于目標(biāo)0.3 km，幅度明顯高于其它假目標(biāo)。

圖4 間歇采樣信號脈壓結(jié)果

3 間歇采樣延時(shí)疊加移頻干擾

步進(jìn)頻雷達(dá)通過多脈沖相參合成實(shí)現(xiàn)高距離分辨力，假設(shè)頻率步進(jìn)大小Δ=16 MHz，子脈沖個數(shù)=16，則距離分辨力/(2Δ) 為0.59 m?；?于DRFM 體制的間歇采樣干擾受硬件資源限制，目前采樣時(shí)長最小約0.5 μs，采用常規(guī)的間歇采樣干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)至少滯后于真實(shí)目標(biāo)75 m 左右，超出目標(biāo)檢測波門范圍，不能達(dá)到干擾目的。

本文提出在間歇采樣單次轉(zhuǎn)發(fā)干擾的基礎(chǔ)上，一方面對轉(zhuǎn)發(fā)樣本進(jìn)行頻率調(diào)制，使得干擾信號經(jīng)脈壓處理后形成的假目標(biāo)前移至真目標(biāo)檢測參考單元內(nèi)，獲得對真目標(biāo)干擾的效果；另一方面對轉(zhuǎn)發(fā)樣本進(jìn)行基于FPGA 時(shí)鐘周期的納秒級延時(shí)疊加，形成覆蓋一定距離范圍間距為米級的多擾時(shí)序，如圖5 所示，其中Δ為轉(zhuǎn)發(fā)樣本延時(shí)大小，f為移頻大小，為延時(shí)疊加個數(shù)。

圖5 間歇采樣延時(shí)疊加移頻干擾時(shí)序

干擾信號表達(dá)式為：

式中，2=T/2+iT+()+Δ。

()與接收機(jī)參考信號混頻后的輸出為：

式中，=(+Δ)(()+T/2+Δ)。

m()經(jīng)過匹配濾波器后輸出為：

由式（12）可以看出，對于每個子脈沖干擾信號，脈壓后生成了個假目標(biāo)，但由于假目標(biāo)間距小，無法從距離上分辨，假設(shè)真目標(biāo)和所有假目標(biāo)位于真目標(biāo)附近同一個距離單元/(2)內(nèi)，取采樣時(shí)刻為=2-f/，由式（11）可以得到采樣數(shù)字信號為：

式中，R=+(T/2+Δ)/2。

對其進(jìn)行IDFT 處理后的結(jié)果為：

式（13）距離分辨力為/(2Δ)，其包絡(luò)為個離散sin c 函數(shù)的疊加。結(jié)合式（11）可以看出，采用間歇采樣延時(shí)疊加移頻干擾，可以形成個間距為Δ/2的假目標(biāo)，假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)距離為(T/2+Δtf/)/2，結(jié)合雷達(dá)信號調(diào)頻斜率合理設(shè)計(jì)間歇采樣周期T及移頻大小f，可以使假目標(biāo)密集分布于真實(shí)目標(biāo)周圍，獲得對步進(jìn)頻雷達(dá)相參壓制干擾的效果。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

設(shè)步進(jìn)頻雷達(dá)信號脈寬=16 μs，帶寬=16 MHz，頻率步進(jìn)大小Δ=16 MHz，子脈沖個數(shù)=16，干擾機(jī)采樣時(shí)長0.5 μs，延時(shí)疊加個數(shù)為10，目標(biāo)位于656.2 m 處，對雷達(dá)信號和干擾信號進(jìn)行脈沖壓縮仿真處理。

取Δ=1 μs，f=0 時(shí)，仿真結(jié)果如圖6 所示。

圖6 Δt=1 μs 時(shí)延時(shí)疊加干擾仿真結(jié)果

由圖6 可以看出，經(jīng)脈壓后相鄰假目標(biāo)間隔約150 m，且第一個假目標(biāo)滯后于真實(shí)目標(biāo)約75 m，與干擾機(jī)采樣時(shí)長0.5 μs 相對應(yīng)。此時(shí)假目標(biāo)距離真實(shí)目標(biāo)過遠(yuǎn)，且分布過于分散，達(dá)不到壓制干擾目的。

圖6 定位誤差的分布圖（12 h）

取Δ=10 ns，f=0 時(shí)，仿真結(jié)果如圖7 所示，假目標(biāo)集中分布，但第一個假目標(biāo)滯后真實(shí)目標(biāo)約75 m，仍達(dá)不到壓制干擾目的。

圖7 定位誤差的分布圖（24 h）

圖7 Δt=10 ns 時(shí)延時(shí)疊加干擾仿真結(jié)果

取Δ=10 ns，f=0.55 MHz 時(shí)，仿真結(jié)果如圖8所示，假目標(biāo)密集分布于真實(shí)目標(biāo)前后約10 m 內(nèi)，在雷達(dá)檢測單元內(nèi)形成壓制干擾態(tài)勢。

圖8 納秒級延時(shí)疊加+移頻干擾仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

本文針對線性調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)的信號處理特點(diǎn)，在延時(shí)疊加間歇采樣干擾的基礎(chǔ)上，提出了一種基于FPGA 時(shí)鐘周期的納秒級疊加+頻率調(diào)制的干擾時(shí)序設(shè)計(jì)，形成對真實(shí)目標(biāo)的密集壓制干擾。通過對干擾信號處理過程進(jìn)行理論推導(dǎo)，并結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該干擾設(shè)計(jì)的可行性?！?/p>