反数字储频干扰雷达波形设计研究

随着现代电子战的迫切需求和微电子技术的飞速发展，数字射频存储（DRFM）技术对整个电子对抗领域发生了极其深远的影响，DRFM能捕获和存储不同的雷达信号和经过特殊调制的信号波形，可以有很长的存储时间，能够精确复制原始信号。DRFM不仅具有宽瞬时带宽输入处理能力，而且具有存储频率精度高、不丢失相位信息、信号保真度好等特点，可方便地产生各种欺骗性干扰信号和遮盖性干扰信号，成为干扰PD、PC等现代雷达的关键部件。

1、DRFM工作原理及类型

1. 1、DRFM基本结构

数字射频存储器的简单组成框图如图1所示。

图1　数字射频储存器组成框图

图1中输入的射频信号经下变频，再经采样量化和多路分配后存储到高速存储器中。根据干扰的需要，经过适当的延时，信号需经过数模转换和上变频过程，以恢复到原始信号波形。DRFM系统的瞬时带宽主要由ADC转换器的采样率决定，而系统工作频带的扩展，可通过本振的切换来实现。DRFM使用双端口静态RAM作为高速数字存储器，以确保对信号记录和再现同时进行。除此以外，DRFM系统可以通过在高速存储器与通用计算机之间的数据传输和交换来扩展其应用领域。

1. 2、基本类型

数字储频的关键技术是对信号的量化、存储和重构。根据量化方式不同，DRFM可分为单通道幅度量化DRFM、正交双通道幅度量化DRFM、相位量化DRFM和幅相量化DRFM。

2、数字储频干扰特点

a. 相干干扰特性：由于DRMF技术不仅对相干脉冲信号可以长时间内地相干复制，而且能够将雷达信号的脉内调制特征无失真地复制下来。这使基于DRFM的雷达干扰技术为干扰相干雷达提供了基础。
b. 距离波门欺骗：对每个接收的辐射源脉冲信号，通过对它反复的逐渐延时，可以直接产生用于距离门拖引技术的输出。可以存储任意长度的相干信号，并可光滑而精确地控制延时和输出脉宽。
c. 速度波门欺骗：当需要移动信号频率时，可以通过移动上变频振荡器中的频率（相对于下变频振荡器）获得。或用DDS直接产生数字频率，进行数字正交混频以获得多普勒频移。
d. 具有产生多个假目标的能力。从存贮器中调用的信号可用来在整个距离上产生许多假目标。DRFM具有在无限长的时间内转发相参及非相参脉冲的能力。在所关心的时间内，能保证单目标、多目标的相参复制和相参距离门拖引技术的实现。
e. 引入DSP作为控制单元，可自适应的控制产生相参、非相参的各种干扰源。
f. 多辐射源。多次使用DRFM存贮器中的一个存贮模块就可以连续地提供信号。同样，可以交替使用数字存贮器中两个或多个存贮器模块或在DRFM中存贮两个频率的和，以获得若干可控谱线的射频输出。
g. 采用DSP /CPU作为控制中心，为相参干扰源提供灵巧、智能化的控制方法还可完成先进的功率管理功能，同时对基于DRFM的雷达干扰的工作方式实施灵活、有效地控制。

3、雷达波形设计

随着技术的成熟和性能的提高，DRFM的应用范围不断扩大，在未来的军事电子系统中起到越来越大的作用。由于基于DRFM的雷达干扰技术对雷达的威胁非常大，所以如何反数字储频干扰的研究显得尤为重要。就雷达系统而言，其发射波形是一个非常重要的方面，雷达波形设计是雷达系统最佳综合的重要内容，如果能把雷达波形设计成干扰机无法识别的信号，就能达到反数字储频干扰的目的。在参考文献[ 1 ]、[ 2 ]提出的两种相位扰动LFM信号（Multi - tone Phase - modulated LFM 和Slope varying LFM）的基础上，分析一种把两种相位扰动结合起来的阶段相位扰动LFM信号和一种脉内非线性调频脉间相位编码信号，并进行仿真。

3. 1、阶段相位扰动的LFM信号分析

阶段相位扰动LFM信号即是把伪随机相位扰动LFM信号（Multi2tone Phase2modulated LFM）和阶段相位扰动LFM信号（Slope varying LFM）结合起来考虑。在改变线性调频信号斜率的同时，另外附加一个随机相位扰动，等于在随机的不同调频斜率信号上，增加了随机相位扰动。因此，干扰方要实现对雷达信号的参数估计就更难了。

在不同的脉冲重复周期内发射不同的调频斜率信号，同时，附加随机相位扰动信号。对于变斜率相位扰动信号，幅度信号表示为：
a (t) = exp [ j φ (t) ]

定义雷达发射信号的第m 个脉冲重复间隔的
a (t)的相位为：
φ (t) =γ_mt²

其中，γ_m为一雷达发射方已知的随机数，为了保证幅度调制信号a (t)的带宽在原LFM信号内，该参数应该确定为LFM信号调制系数k的一定百分比。经过相位扰动，该信号的调制系数变为k +γ_m。另外，为了保证所有的发射脉冲具有相同的宽度，脉宽应随调制系数的改变而改变。

假设发射信号在脉冲持续时间内存在相位扰动，扰动量表示为：
rd (t)= exp [ j φ (t) ]

其中φ (t)为调制的线性调频信号的相位扰动，为了防止干扰方对信号进行参数估计或是在下一个脉冲重复周期（PR I）内转发信号进行干扰，φ (t)为伪随机信号。同样，第m个脉冲重复周期内雷达发射的伪随机相位扰动LFM信号表示为：
rd_m (t)= exp [ j φ_m (t) ]
其中

在不同的脉冲发射周期内所发射信号除了调频斜率不同，而且相位参数也是不同的，发射信号的相位参数对于发射方是一组确知的序列，对于非发射方则是未知的，表现为伪随机序列。（a_{m n}，w_{m n}，θ_{m n}）均为伪随机序列。W_{m n} 的取值范围应是在LFM信号基带内。

因此，第m 个脉冲重复周期内阶段相位扰动LFM信号表示形式为：

阶段相位扰动LFM信号表示形式为：

假设信号参数为： 载频为1GHz，信号带宽为400MHz，脉冲持续时间为25μs，a_{m n}服从高斯分布，w_{m n}服从（0，115MHz）的均匀分布，θ_{m n}服从（0，2π）的均匀分布，N = 15。

图2～图4为仿真阶段相位扰动LFM信号的频谱图、m个脉冲重复周期内自相关函数和不同脉冲重复周期的互相关函数图。

图2　阶段相位扰动LFM信号的频谱图

图3、阶段相位扰动LFM信号的自相关函数

图4、阶段相位扰动LFM信号的互相关函数

由图可知，阶段相位扰动LFM信号具有很好的自相关性，而互相关性很弱，而且峰值远远低于自相关函数峰值，不同脉冲发射周期的雷达信号具有很弱的相关性，可见针对数字储频干扰方式，阶段相位扰动LFM信号具有很好的抗干扰性。

阶段相位扰动LFM信号是针对数字储频干扰方式对信号进行幅度和相位调制从而产生相位扰动的抗干扰信号，在抗干扰方面结合了MT2PM LFM信号和SV LFM信号的优点。MT2PM LFM信号产生一组随机的相位信号达到抗干扰的目的，而且MT2PMLFM信号由于自身信号产生的复杂性，加大了干扰方进行信号参数估计的难度，并且很难被复制。SVLFM信号是通过调频斜率的伪随机变化产生相位扰动，脉冲持续时间随着调频斜率的变化而相应的变化，保证了不同脉冲重复周期发射的雷达信号作用在同一个信号带宽内，同时SV LFM信号相关性很差，对于数字储频式干扰可以有效进行抗干扰。

3. 2、脉内非线性调频脉间相位编码信号分析

a. 脉内非线性调频信号

LFM矩形脉冲信号的复数表达式为：

其中，k =
 
为脉内频率变化频率，B 为频率变化范围，而

为信号的复包络。由表达式可知，LFM矩形脉冲信号的时域特点是在脉内，斜率为正时，信号载频线性上升，斜率为负时，信号载频线性下降。

这里的脉内非线性调频信号是在线性调频信号的相位上增加一个扰动量：
r (t)= exp [ j φ (t) ]

同样，在确定的一个脉冲重复周期内

上式中，（a_n，w_n，θ_n）是一组伪随机序列，a服从高斯分布，w服从（0，1MHz）的均匀分布，θ服从（0，2π）的均匀分布，N =15。即：在不同的脉冲发射周期内所发射信号的相位参数是不同的，发射信号的相位参数对于发射方是一组确知的序列，对于非发射方则是未知的，表现为伪随机序列。W_{m n}的取值范围应是在LFM信号基带内。取参数脉宽为τ，τ= 10μs，调频带宽为B，B =4MHz，中心频率为f₀，f₀ =30MHz。

b. 脉间相位编码信号

相位编码信号一般采用二相编码调制或四相编码调制的直接序列调制信号。直接序列调制信号的解扩处理，是用相同码型的参考信号与其相乘，只要做到参考码与接收机码同步，则接收机将同步的有用输入信号从码调制的带宽变换到基带调制的带宽^{[ 4 ]}。与此同时，将非同步的输入干扰信号扩展到码调制的带宽上。经带通滤波器的处理，可以抑制干扰信号，提取有用的信号。直接序列调制系统的处理增益等于所采用的调制码码长。相位编码的信号可表示为^{[ 5 ]}
 
S (t)= A ·C_i ·exp（j2πf₀ t + jφ）

其中，{ C_i } 为N 位码元（N 为码元个数），脉宽τ=N ·τ₀，（τ₀为码元宽度），并且

且（（i - 1）·τ₀< t < iτ₀），码元宽度为10μs设置13位二相编码信号，code = [ 1，1，1，1，1，- 1，- 1，1，1，- 1，1，-1，1 ]，码元宽度为10μs。

c. 对脉内非线性调频脉间相位编码信号进行仿真分析，码元宽度为10μs。

图5、脉内非线性调频脉间相位编码信号频谱图

图6、脉内非线性调频脉间相位编码信号自相关函数

图7、脉内非线性调频脉间相位编码信号互相关函数图

脉压雷达的核心是匹配滤波，干扰信号和雷达发射信号的失配有利于消除干扰。脉内非线性调频脉间相位编码信号造成干扰信号和雷达发射信号失配，弱化了干扰和回波的相干度，从而强化了干扰信号的“抖动”。互相关峰值比自相关峰值低很多，雷达采用这种信号后，干扰信号几乎始终和发射信号处于失配状态，可以很好的抑制延迟转发的干扰信号。从方位上看，在相邻的多个发射周期内的干扰信号的匹配滤波输出幅度就会“抖动”。针对数字储频干扰方式，脉内非线性调频脉间相位编码信号同样具有很好的抗干扰性。

4、结束语

有关数字储频式雷达干扰的反干扰技术研究较少，缺乏相关文献资料。本文通过对数字储频式雷达干扰的分析，设计了两种雷达波形信号，通过分析该波形的频谱、自相关函数和互相关函数，并进行仿真验证，能够满足反数字储频干扰的需要。但仅仅是在理论上分析这些波形可以达到很好的抗干扰效果，还不能应用到实际的装备上，所以，还要在这方面进行更深的研究。

参考文献：
[ 1 ] 　张焱. SAR 高分辨成像及抗干扰技术研究[D ]. 成都：电子科技大学, 2007.
[ 2 ] 　Mehrdad Soumekh. SAR2ECCM using Phase Perturbed LFM Chirp Signals and DRFM Re2
peat Jammer Penalization [ J ]. IEEE Transaction on AES, 2006, 42（1）： 191 - 204.
[ 3 ] 　陈正禄,许健. 舰载脉冲压缩体制雷达的抗同频干扰技术研究[ J ]. 雷达与对抗, 2009（1）： 4- 6.
[ 4 ] 　李侠. 现代雷达技术[M ]. 兵器工业出版社, 2000.
[ 5 ] 　党立坤,王小念,罗金亮. DRFM干扰对雷达的影响及对策研究[ J ]. 舰船电子对抗, 2009
（1）.
[ 6 ] 　苏福等. 低截获概率火控系统的设计[ J ]. 火控雷达技术, 2008, 37（4）： 59～62