0 引言
近年美军机到我南海和东海进行电子情报侦察成为常态,其中尤以RC-135侦察机和P-8A“海神”侦察机最为频繁,RC-135侦察机前端雷达探测距离远达238~370 km,在360 km内距离分辨力达3.7 m。P-8A侦察机装备的APY-10、APS-137雷达则有更强的目标探测能力。美军强大的侦察探测能力对我构成极大的威胁,如何有效地进行回击是摆在科技工作者面前的急迫任务。针对探测雷达的工作原理,利用雷达信号转发实现对敌雷达的相干干扰是有效的办法,干扰信号可实现压制和欺骗回波信号,从而降低敌方的雷达探测能力。雷达干扰与雷达抗干扰历来是矛盾的双方,雷达抗干扰技术的提升迫使干扰技术的不断发展。
针对雷达干扰技术,文献[1]研究噪声干扰和多假目标干扰的功率关系表达式,进行干扰效能分析和评估,对电子战干扰模式的选择有重要的指导。文献[2]对线性调频脉冲雷达转发干扰从数学角度进行研究,得到脉宽损耗、峰值功率损耗、峰值时延的数学表达式,从时频域定量分析了转发干扰的欺骗效果。文献[3]研究转发干扰对单脉冲测角雷达的欺骗效果及干扰机的设计和使用。文献[4]研究无人转发干扰载荷对海战场雷达信号的干扰效能。文献[5]研究相控阵雷达旁瓣混合干扰,将方位饱和干扰同卷积干扰融合,实现更灵活有效的相控阵雷达旁瓣干扰。文献[6]针对重频参差、步进频等新体制雷达,研究频谱扩展-压缩的移频干扰,结果表明移频干扰能对该种雷达产生有效的欺骗效果。文献[7]研究SAR方位向的延时转发干扰,结果表明干扰可形成二维可控的方位向假目标串,且多普勒频移能保留低阶假目标。文献[8-12]研究转发干扰多假目标效果和其对成像雷达的干扰效能,并给出了实施干扰的策略及注意问题。
综上,国内对雷达干扰的问题进行了深入研究,取得了一些研究成果,但在实战及作战训练中采用的装备并不多。出于军事保密,国外对雷达干扰技术进行了严格控制,国内实用的雷达干扰装备进步十分缓慢,文中系统梳理雷达干扰的技术原理,给出自动雷达干扰系统框图,从雷达处理设备的角度分析干扰信号进入雷达经处理后的信号表现形式,用以指导干扰信号的产生,实现对敌雷达回波的有效干扰,干扰仿真结果表明,转发干扰形成的相干干扰效果对匹配滤波和去斜压缩处理设备均能形成有效的多假目标干扰效果,降低雷达探测目标的能力,具有压制和欺骗雷达信号的能力。
1 干扰系统建模
国外研究出X波段宽带雷达干扰机原型样机如图1,原型机采用DRFM截获雷达信号,经过调制转发出去,实现对敌方雷达的相干干扰,其干扰效果十分突出。
文中构建的自动雷达干扰系统组成框图如图2。采用DRFM设备存储侦察接收的雷达信号,雷达信号经过接收机天线进入低通滤波放大器,再下变频,经过自动控制设备和干扰调制处理,形成干扰信号,再经上变频,利用增益控制和发射天线将干扰信号对准敌雷达发射出去,干扰信号同目标信号同时通过主瓣和副瓣进入敌雷达,在雷达屏幕上形成欺骗和压制干扰。结合干扰效果评估结果,适时调整干扰信号样式及转发方式,最大效能的干扰敌雷达设备,实现压制和欺骗敌雷达的目的。
雷达设备接收到目标回波信号和干扰信号之后,要进行相应的信号处理才能获得所需要的目标信息。
2 信号处理分析
2.1 匹配处理
假设转发信号所用采样是矩形脉冲序列,采样脉宽为τ,采样周期为Ts,采样信号如下:
$p(t)=\operatorname{rect}\left(\frac{t}{\tau}\right) \otimes \sum_{-\infty}^{\infty} \delta\left(t-n T_{\mathrm{s}}\right)$
采样信号频谱形式如下:
$\begin{aligned} P(f)= & \sum_{n=-\infty}^{+\infty} \tau f_{\mathrm{s}} \mathrm{Sa}\left(\pi n f_{\mathrm{s}} \tau\right) \delta\left(f-n f_{\mathrm{s}}\right)= \\ &\sum_{n=-\infty}^{+\infty} a_{n} \delta\left(f-n f_{\mathrm{s}}\right) \end{aligned}$
式中:Sa(x)=sin(x)/x为辛格函数。
假设雷达方发射LFM信号时宽为T,调制斜率为K,信号带宽为B,其信号形式如下:
x(t)=rect
采样之后的干扰信号形式如下:
xs(t)= rect
每一段干扰信号形式如下:
xn(t)=rect 1≤n≤N
第n段干扰信号频谱形式为:
xn(f)=
采样后的信号频谱形式为:
xs(f)= rect ·
xs(t)经匹配滤波后得:
$y_{\mathrm{s}}(t)=x_{\mathrm{s}}(t) \otimes h(t)$
其频谱形式如下:
$Y_{\mathrm{s}}(f)=\sum_{n=-\infty}^{\infty} a_{n} X\left(f-n f_{\mathrm{s}}\right) X^{*}(f)$
可见ys(t)可看作诸多不同多普勒频移目标回波经匹配滤波处理后输出的信号加权和。
ysn(t)最大值处在如下位置:
tmax=-
式中:ξn=nfs。
ysn(t)的最大值为:
ysnmax(tmax)=1-
相邻峰值点相距大小为:
Δtmax= T
2.2 去斜处理
假设发射信号是LFM信号,回波信号形式如下:
sr(t)=rect
式中,tr为回波时延。
回波同参考本振混频后有如下形式:
sf(t)=rect rect ·
假设TL为混频参考延时,参考信号形式如下:
xL(t)=rect
参考信号同采样转发信号混频得如下形式:
xf(t)= rect ·
输出信号频谱是3个信号频谱卷积,即频率为fa=K(TL-Tt-τd),频谱为Pa(f)=δ(f-fa)的单频信号、频率为fs;频谱为P(f)=$P(f)=\sum_{-\infty}^{\infty} \tau f_{\mathrm{s}} \mathrm{Sa}\left(\pi n f_{\mathrm{s}} \tau\right) \delta\left(f-n f_{\mathrm{s}}\right)$τfsSa(πnfsτ)δ(f-nfs)的周期采样信号;时长为T,频谱为XT(f)=TSa(πfT)的门函数信号。
去斜后干扰信号频谱形式如下:
$\begin{aligned} X_{\mathrm{f}}(f)= & P_{\mathrm{a}}(f) * P(f)^{*} X_{\mathrm{T}}(f)= \\ & \tau \frac{T}{T_{\mathrm{s}}} \sum_{=-\infty}^{\infty} \mathrm{Sa}\left(n \pi f_{\mathrm{s}} \tau\right) \mathrm{Sa}\left(\pi T\left(f-f_{\mathrm{a}}-n f_{\mathrm{s}}\right)\right) \end{aligned}$
由式(17)可见干扰信号频谱是诸多辛格函数加权和,能形成多个雷达假目标,主假目标幅度是 ,位置在频率fa处,其它假目标在其附近依次排列,幅度逐渐下降,其间距为fs。
3 仿真分析
4 结语
针对美军机频繁对我南海和东海进行侦察的背景,提出利用转发干扰的技术对其进行干扰破坏,构建自动雷达干扰系统,系统分析雷达干扰技术原理,研究信号进入雷达设备后的处理效果,进而在干扰系统中通过控制转发信号实现对回波信号的干扰。干扰仿真实验结果表明,转发干扰效果对匹配滤波和去斜脉压均能形成有效的多假目标干扰效果,能降低雷达探测目标的能力,同时可实现一维雷达和二维成像雷达的干扰目的,对雷达干扰系统的工程实现有一定的指导意义。