采用卷积调制与间歇采样的多假目标干扰方法

摘要：为提高天线收发分时体制干扰设备的干扰能力，文中结合卷积调制干扰与间歇采样直接转发干扰，形成包含两种干扰方式优点的联合干扰方式。该方式可以在雷达径向距离上形成数目不受限制的假目标群。仿真结果证明该方法的可行性。在现有的数字射频存储平台的实测结果显示了径向分布的假目标群，更进一步表明该方法的有效性。
关键词：卷积调制；间歇采样；数字射频存储(DRFM)；多假目标干扰

    为提高雷达探测距离和距离分辨率，现代雷达普遍采用线性调频信号。这是因为线性调频信号通过脉内或脉间的相干性，使得其经过匹配滤波后能够获得很高的相干处理增益，可以显著降低非相干电子干扰的压制或欺骗干扰。文献针对线性调频脉冲压缩雷达提出了一种新的相干干扰技术：卷积调制干扰。其原理是将接收到的雷达信号与某视频信号进行卷积后转发。该方法能灵活产生假目标欺骗干扰和噪声遮盖干扰。文献阐述了幅度调制的一种特殊情况：间歇采样的数学原理，对干扰效果进行了仿真，为天线收发分时体制在相干干扰上的应用提供理论依据。本文将两种方法加以融合，形成一种可采用数字射频存储(DRFM)实现的多假目标干扰方法。该方法可以应用于天线收发分时体制干扰设备。

1 卷积调制干扰原理
    为方便讨论，对文献中的卷积调制基本原理进行简要介绍。设干扰设备接收到的敌方雷达信号为x(t)，用一视频信号f(t)与接收到的信号卷积后转发，即得到干扰信号为
    j(t)=f(t)*x(t)             (1)
    为产生多假目标欺骗干扰，视频信号f(t)可以选为N个幅度不同、时延不同的冲击脉冲组成的脉冲串，即
   

    因此，卷积结果相实际上当于将干扰设备接收的线性调频信号经过不同时延的延时线后加权叠加。如图1所示。工程实现上，采用DRFM可以很容易实卷积调制。

2 间歇采样直接转发干扰
    根据文献介绍间歇采样直接转发干扰的基本原理，间歇采样转发干扰可以看成是一种幅度调制干扰方法。间歇采样转发干扰在干扰设备上的基本工作过程如图2所示。

    从图2可知，其工作过程为用一矩形脉冲串对大时宽雷达信号(一般情况下T>Ts)进行采样，同时在前后两个采样间隙对采样的信号进行转发。转发延时量一般大于矩形脉冲宽度。工程实现上可采用数字射频存储技术(DRFM)来实现。
    现设采样脉冲串为：

    因此，干扰信号频谱是原雷达信号的周期加权延拓，加权系数为an=τfssinc(πnfsτ)。当n=0时，即为原信号频谱。因此该分量经匹配滤波后会在雷达脉冲结束时刻形成与真实目标波形完全相同的主假目标，其幅度为τfs<1，称为采样占空比。而其他分量X(f±nfs)发生了±nfs的频移，可以看成是附加了±nfs砸的频移干扰信号。若雷达信号为线性调频信号，利用线性调频信号频移和时延之间的强耦合性，经过脉冲压缩网络后，在时域上就会形成多个径向分布的不同幅度的假目标，且以主假目标为中心对称分布。但是随n逐渐增大，频移分量X(f±nfs)经过匹配滤波后的失配越严重，输出脉冲宽度逐渐展宽，且其幅度也不断降低。因此，间歇采样直接转发干扰一般最多只能产生3～5个有效的假目标干扰。

    如图3所示，雷达信号带宽为100M，脉宽为48 μs，τ=3μs，Ts=6μs。一种特殊的情况是，fs=1／Ts大于信号带宽，则所有频移分量X(f± nfs)(n≠0)均位于雷达匹配滤波带宽之外，此时，干扰信号表现为一个主假目标干扰。这是该干扰样式的局限性。

3 卷积调制与间歇采样联合干扰分析
    文中提出的联合干扰方式可以根据需要产生所需的假目标数目。其工作过程如图4所示。其思想是利用卷积调制干扰能产生数目不受限制的假目标的性质，同时利用间歇采样在特定干扰平台(机载、弹载)的工程可实现性。

    根据式(1)和式(5)，可得联合干扰信号为：
   

    其中

。假设干扰信号Xs(f)经匹配滤波后的时域脉压信号为ys(t)，的首个主假目标出现在T时刻，即ys(t)的主峰值出现雷达脉冲结束时刻。根据傅里叶变换性质，Ji(f)经过匹配滤波后所形成的主假目标在时间轴上比首个主假目标滞后ti。因此J(f)经匹配滤波后总体效果可以表示为
     y(t)=a1ys(t-t1)+a2ys(t-t2)+···+aNys(t-tN)       (12)
    根据上节的讨论，该式表示形成的主假目标个数为N，同时每个主假目标周围分布着幅度较小的次假目标。
    工程实现上，根据均匀间歇采样特性，合理选择延迟时间，如图4所示，t1=τ，ti=τ+(i*m-1)Ts，动态改变采样脉冲宽度τ和采样脉冲周期Ts，可以实现假目标的动态分布。
    合理选择N值，可以实现在整个雷达脉冲重复周期内均有假目标出现，实现假目标的大范围空间分布。例如，脉冲重频为1ms，Ts=2 μs，则在1ms内最多可出现500个主假目标。当然实现这个目标还需考虑工程实现的可能性。同时，当ti>T，即雷达脉冲结束时，可令ti=τ+(j*m-1)Ts+△τ，改变△τ，m，可实现主假目标的非均匀分布。

4 对线性调频信号的干扰仿真
    根据图4及式(12)，设N=3，τ=1 μs，Ts=2μs，雷达脉冲宽度48μs，带宽为100 M，加权系数全为1。仿真结果如图5所示。

    从图5中可以看到，第一个主假目标出现在48μs时刻，即脉冲结束时刻，其余两个主假目标分别出现在50μs和52μs时刻。主假目标间距为间歇采样周期。仿真结果与上节分析一致。

5 在DRFM上的实现
    DRFM可以截获、存储、处理并复制雷达信号，干扰方式灵活可变，且产生的干扰信号与雷达信号是相干的。为验证上文所述干扰方法，可依托现有的DRFM平台。该平台主要由FPGA、DAC与ADC组成，DAC与ADC工作时钟为2．4 GHz，系统瞬时工作带宽为1 GHz。测试雷达信号为线性调频信号，由DDS产生，带宽为7 MHz，中心频率300 MHz，脉宽为50μs。信号采集设备为力科(LeCroy)8400A型示波器，最高采样速率达20GS／s。信号处理采用Matlab。主假目标数N=8，τ=3μs，Ts=6．2μs，加权系数均为1。同时为在雷达径向距离上形成假目标分布带，增加干扰设备对雷达的压制距离，可在雷达信号结束时，多次读取并复制先前存储的雷达信号。此时，仍然保留采样窗口，但不进行信号存储，即工作方式保持不变。实测结果如图6、7、8所示。

    图6、7、8的脉压输出均未加窗。从图7时域波形可以看到，干扰信号含有较多的低频成分，这是由DRFM平台所带来的影响。在用Matlab进行信号处理时，应先滤除带外频谱成分。从图7的处理结果可以看到，在时间轴上出现以8为单位的假目标群，该假目标群又以一定的周期重复出现，形成假目标分布带，可以掩护处于该距离段内的所有真实目标。图7所示的掩护距离达到300μs。且该值可以任意设定。从图8可知，对于距离分辨率低的线性调频体制雷达，可形成类似噪声干扰的效果，且该噪声干扰具有很强的相参性。
    另外，假目标个数N的设置还需考虑发射机的有效发射功率。在发射机功率一定的情况下，假目标数目越多，每个假目标获得的有效功率越小，则其干扰距离越小。因此，实际应用时，应根据电子战环境合理设置假目标数目。

6 结论
    文中在分析卷积调制与间歇采样的原理基础上，形成适用于机载弹载等特定干扰平台的干扰方式。该干扰方式具有形成的假目标数目与掩护距离任意设定的特点，具有很强的实用性，可以对SAR等线性调频体制雷达形成有效的干扰。