雷達對抗大作業(yè)

1、雷達對抗大作業(yè) 題 目 遮蓋性干擾簡述及其仿真 學 院 電子工程學院 專 業(yè) 信息對抗技術(shù) 遮蓋性干擾簡述及其仿真【摘要】本文對遮蓋性干擾進行概述，并對其中的噪聲調(diào)幅干擾和噪聲調(diào)相干擾進行了仿真。【關(guān)鍵詞】遮蓋性干擾；matlab仿真引言：雷達干擾，擾敵或欺騙敵方雷達設(shè)備，使其效能降低或喪失的電子干擾?？煞譃閴褐菩愿蓴_和欺騙性干擾，前者主要是在雷達顯示器上形成強雜波背景或大量假目標回波，使雷達的探測能力降低；后者主要有角度、距離、速度和假目標欺騙等，以破壞雷達操縱員或雷達自動跟蹤系統(tǒng)對目標的識別和跟蹤隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在電磁空間的對抗與反對抗越來越激烈，雷達進攻性干擾已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)場上的一種

2、重要作戰(zhàn)手段，進攻是最好的防守，雷達進攻性干擾必然是雷達對抗發(fā)展的主要趨勢。 雷達是通過對回波信號的檢測發(fā)現(xiàn)目標的存在并測量其參數(shù)信息的,而干擾的目的就是破壞或阻礙雷達發(fā)現(xiàn)目標、測量目標參數(shù)。 當該空間存在目標時,該信號會受到目標距離、角度、速度和其它參數(shù)的調(diào)制,成為回波sR(t)。在接收機中,通過對接收信號的分析解調(diào),可得到有關(guān)目標的距離、角度、速度等信息。 圖中,增加的信號(t),是因為雷達接收的信號中除了目標回波外,還不可避免地存在各種噪聲,如多徑回波、天線噪聲、宇宙射電等,正是由于這些噪聲的存在才影響了雷達對目標的檢測能力。可見,如果在sR(t)中,人為引入噪聲和干擾信號或利用吸收材料

3、等措施減弱目標回波都可以阻礙雷達對目標信息的正常檢測,達到干擾的目的。遮蓋性干擾的作用和分類：1.遮蓋性干擾的作用： 遮蓋性干擾就是用噪聲或類似噪聲的干擾信號遮蓋或淹沒有用信號,阻止雷達檢測目標信息。它的基本原理是:任何一部雷達都有外部噪聲和內(nèi)部噪聲,雷達對目標的檢測是在這些噪聲中進行的,其檢測又是基于一定的概率準則的。一般來說,如果目標信號能量S與噪聲能量N相比（信噪比S/N）,超過檢測門限D(zhuǎn),則可以保證在一定虛警概率Pfa的條件下達到一定的檢測概率Pd,簡單稱為可發(fā)現(xiàn)目標,否則便認為不可發(fā)現(xiàn)目標。遮蓋干擾就是使強干擾功率進入雷達接收機,盡可能降低信噪比S/N,造成雷達對目標檢測的困難。2.

4、 遮蓋性干擾的分類： 按照干擾信號中心頻率fj、譜寬fj相對于雷達接收機中心頻率fs、帶寬fr的關(guān)系,遮蓋性干擾可以分為瞄準式干擾、阻塞式干擾和掃頻式干擾。2.1瞄準式干擾：瞄準式干擾一般滿足： 采用瞄準式干擾必須首先測得雷達信號頻率fs,然后把干擾機頻率fj調(diào)整到雷達的頻率上,保證以較窄的fj覆蓋fr,這一過程稱為頻率引導。瞄準式干擾的主要優(yōu)點是在fr內(nèi)的干擾功率強,是遮蓋干擾的首選方式,缺點是對頻率引導的要求高,有時甚至是難以實現(xiàn)的2.2阻塞式干擾：阻塞式干擾一般滿足： fj5fr, fsfj-fj/2,fj+fj/2 由于阻塞式干擾fj相對較寬,對頻率引導精度的要求低,頻率引導設(shè)備簡單。

5、此外,由于其fj寬,便于同時干擾頻率分集雷達、頻率捷變雷達和多部不同工作頻率的雷達。其缺點是在fr內(nèi)的干擾功率密度低。2.3掃頻式干擾：掃頻式干擾一般滿足： fj=(25)fr, fs=fj(t),t0,T 即干擾的中心頻率為連續(xù)、以T為周期的函數(shù)。掃頻干擾可對雷達造成周期性間斷的強干擾,掃頻的范圍較寬,也能夠干擾頻率分集雷達、頻率捷變雷達和多部不同工作頻率的雷達。 應當指出的是,實際干擾機可以根據(jù)具體雷達的載頻調(diào)制情況,對上述基本形式進行組合,如多頻率點瞄準式干擾、分段阻塞式干擾、掃頻鎖定式干擾等。遮蓋性干擾的效果度量 干擾效果表現(xiàn)為:雷達或含有雷達的作戰(zhàn)系統(tǒng)由于受到干擾而造成的作戰(zhàn)性能的下

6、降。以某種合理、定量的方法描述此作戰(zhàn)性能的下降稱為干擾的效果度量。因此,干擾的效果度量是作戰(zhàn)雙方都十分關(guān)心的重要問題。選擇何種指標衡量雷達或含有雷達的作戰(zhàn)系統(tǒng)在電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)性能一直是人們討論的熱點。根據(jù)遮蓋性干擾的原理,目前對雷達本身作戰(zhàn)性能的度量指標主要確定為檢測概率Pd,即在保持虛警概率不變的情況下,實施遮蓋性干擾前后Pd的絕對值和相對變化。由于Pd是信噪比的函數(shù),所以也將這種遮蓋性干擾的效果度量方法簡稱為功率準則。含有雷達的作戰(zhàn)系統(tǒng)很多,對它的干擾效果度量方法統(tǒng)稱為作戰(zhàn)效能準則,它還需要根據(jù)具體作戰(zhàn)系統(tǒng)、作戰(zhàn)目的進行指標的具體化,如空襲作戰(zhàn)的突防概率、攻擊有效概率、飛機生存概率等。

7、根據(jù)聶曼皮爾遜檢測準則,Pd是信噪比S/N的單調(diào)函數(shù),其中S和N分別表示雷達接收機線性系統(tǒng)輸出端（通常為中放輸出端）的目標回波信號功率和高斯噪聲功率（功率譜對應于線性系統(tǒng)響應）。當進入雷達接收機線性系統(tǒng)的干擾信號為非高斯噪聲時,只需進行噪聲質(zhì)量因子的等效修訂。此外,可以通過一定的技術(shù)手段和設(shè)備對Pd進行實際的統(tǒng)計測量,也可以通過對S、N的功率調(diào)整對Pd進行控制,因此,功率準則具有良好的合理性、可測性和可控性。 根據(jù)檢測原理,S/N越低,Pd越小,有時盡管N已經(jīng)很大,但只要Pd0,在理論上,雷達對目標總有一定的發(fā)現(xiàn)可能。因此,從遮蓋性干擾機設(shè)計的觀點,要求Pd=0,顯然是不合理的。根據(jù)作戰(zhàn)實際,

8、國內(nèi)外普遍將Pd0.1作為遮蓋性干擾有效的標準,并將此時在雷達接收機線性系統(tǒng)輸出端干擾信號功率Pj與目標回波信號功率Ps的比值定義為壓制系數(shù)Ka, Ka是干擾信號調(diào)制樣式、干擾信號質(zhì)量、接收機響應特性、信號處理方式等的綜合性函數(shù)。 將功率準則應用于雷達的威力范圍,則將干擾機能夠有效干擾的區(qū)域稱為有效干擾區(qū)Vj,并以對Vj的綜合評價函數(shù)E(Vj)作為干擾系統(tǒng)綜合干擾效果的考核標準:式中的W(V)為空間評價因子,以表現(xiàn)對于不同空間位置有效干擾的重要性。3.最佳遮蓋干擾波形： 雷達對目標的檢測是在噪聲中進行的,對于接收信號作出有無目標的兩種假設(shè)檢驗具有不確定性,即后驗不確定性。因此,最佳干擾波形就是

9、隨機性最強（或不確定性最大）的波形。 衡量隨機變量不確定性的量是熵（Entropy,也稱為信息量）,對于離散型隨機變量來說,其平均信息量定義為。其中,隨機變量的可能取值為x1,x2,xm,其對應的概率為P1,P2,Pm, 。對于連續(xù)型隨機變量來說, 式中,p(x)為連續(xù)型隨機變量的概率分布密度函數(shù)。熵的單位根據(jù)a的取值而變化,當a=2時,H的單位為比特;當a=e時,H的單位為奈特;當a=10時,H的單位為哈特萊。a的選取一般視H(x)的計算方便,在下面的討論中選取a=e。對于相同的a,熵值越大,則不確定性越強;同時,隨機變量的方差（平均功率）越大,熵值也越大。由此說明:在相同功率的條件下,雷達

10、接收機線性系統(tǒng)中具有最大熵的干擾波形為最佳干擾波形。這樣,最佳干擾波形的設(shè)計問題就是在給定平均功率條件下,求解具有最大熵的干擾信號的概率分布問題。 根據(jù)拉格朗日常數(shù)變易法,已知函數(shù)方程: 和m個函數(shù)方程的限制條件: 式中1,2,m為限制條件中給定的函數(shù),則(65)式的極值可以由上面m個方程和下式?jīng)Q定: 其中1,2,m是拉格朗日常數(shù)。代入最大熵函數(shù)求解,則已知: 從而有 再利用限制條件,可以得到 這樣我們就得到了在平均功率限制條件下,噪聲為正態(tài)分布時,其熵值最大,為最佳遮蓋干擾波形。 研究最佳干擾信號的目的是建立比較各種干擾信號優(yōu)劣的標準。實際干擾信號可能有偏于最佳干擾信號,如果能計算或測量出它

11、們相對于最佳干擾信號在遮蓋性能上的損失,便可以判斷各種實際的干擾信號在遮蓋性能上的優(yōu)劣。衡量實際干擾信號質(zhì)量的量是噪聲質(zhì)量因素n。其定義為:在相同的遮蓋效果條件（相同 熵Hj0=Hj）下,理想干擾信號所需的功率Pj0和實際干擾信號所需的干擾功率之比，即 通常,n1。 這樣,只要知道正態(tài)噪聲干擾時所要求的干擾功率再乘以一個修正因子,便可以得到有效干擾時所需的實際干擾信號的功率。應當指出,一般情況下的實際干擾信號的概率密度難以用數(shù)學公式描述,或者難以計算它們的熵,故常用實驗的方法確定噪聲質(zhì)量因素。4.射頻噪聲干擾： 窄帶高斯過程: J(t)=Un(t)cosjt+(t)（610） 稱為射頻噪聲干擾

12、。其中包絡函數(shù)Un(t)服從瑞利分布,相位函數(shù)(t)服從0,2均勻分布,且與Un(t)相互獨立,載頻j為常數(shù),且遠大于J(t)的譜寬。由于J(t)的制取一般是對低功率噪聲的濾波和放大,所以又稱為直接放大的噪聲（DINA）。 典型的雷達接收機如上圖（a）所示,它由混頻器、中放、檢波器和視頻放大器組成,其工作原理可用圖（b）的模型來描述。這里線性系統(tǒng)I代表混頻器和中放。雖然混頻器本身是非線性器件,但由于中放的選擇性,混頻器不會改變輸入信號的時間特性以及頻譜間的相對關(guān)系,它只是把射頻信號（包括干擾）變成中頻。線性系統(tǒng)I的帶寬決定于中放的帶寬。檢波器是非線性系統(tǒng),它對中放輸出的包絡進行變換。線性系統(tǒng)I

13、I表示接收機的視放。為了分析方便,假設(shè)輸入干擾信號J(t)的功率譜Gj(f)與線性系統(tǒng)I的頻率響應Hi(f)都具有矩形特性。我們先考慮只有干擾時的情況。5.噪聲調(diào)幅干擾：廣義平穩(wěn)隨機過程: J(t)=U0+Un(t)cosjt+（636）稱為噪聲調(diào)幅干擾。其中,調(diào)制噪聲Un(t)為零均值,方差為2n,在區(qū)間-U0,)分布的廣義平穩(wěn)隨機過程,為0,2均勻分布,且為與Un(t)獨立的隨機變量,U0、j為常數(shù)。6.噪聲調(diào)相干擾：廣義平穩(wěn)隨機過程: J(t)=Ujcosjt+KPMu(t)+ 稱為噪聲調(diào)相干擾。其中,調(diào)制噪聲u(t)為零均值、廣義平穩(wěn)的隨機過程;為0,2均勻分布、且與u(t)相互獨立的

14、隨機變量;Uj,j,KPM為常數(shù)。當有效相移較小時,調(diào)相信號的能量主要集中在載波頻率上,旁頻能量很低,不適宜作為遮蓋干擾信號;當有效相移足夠大時,旁頻功率較大,近似為噪聲調(diào)頻干擾的情況,適于作為遮蓋干擾信號。噪聲調(diào)相引起的信號頻偏實質(zhì)上與調(diào)制噪聲電壓的變化率成正比,當D1、調(diào)制噪聲為高斯噪聲時,其功率譜形狀近似為高斯型。這樣,噪聲調(diào)相信號通過窄帶多普勒濾波器的情形與噪聲調(diào)頻信號通過中放時的情形類似,影響其干擾效果的因數(shù)主要有瞄頻誤差 ,頻譜寬度和調(diào)制噪聲帶寬等。需要指出的是,多普勒濾波器的帶寬通常都很窄,這就給干擾信號的形成帶來諸多困難。這些困難,特別是頻率對準問題,在傳統(tǒng)的干擾技術(shù)條件下是難

15、以實現(xiàn)的。隨著鎖相技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,采用脈沖鎖相和射頻存儲可以大大地減少瞄頻誤差。采用噪聲調(diào)相方式進行瞄頻干擾是有重要意義的。 Matlab仿真：仿真分析：首先需喲產(chǎn)生一個高斯白噪聲，利用Matlab設(shè)計出產(chǎn)生一個低通濾波器，讓高斯白噪聲通過低通濾波器，從而獲得視頻噪聲，利用產(chǎn)生的視頻噪聲，分別代入噪聲調(diào)幅干擾的時域表達式，由此畫出噪聲調(diào)幅干擾的時域波形。再帶人噪聲調(diào)相干擾的時域表達式，分別畫出其時域波形。程序：N=4000;Fs=8000;T=1/Fs;Tp=N*T;%采樣頻率和采樣點數(shù)t=0:T:(N-1)*T;fc=Fs/10;f0=fc/10;Ap=1;As=60;%通帶阻帶的衰減

16、mags_low=1,0mags_other=0,1,0;k=0:N-1;f=k/Tp;xt=randn(1,length(t)%高斯白噪聲fst=fft(xt,N);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t,xt);grid;xlabel(t/s);ylabel(x(t);axis(0,Tp/5,min(xt),max(xt);title(輸入噪聲信號)subplot(2,1,2);plot(f,abs(fst)/max(abs(fst);grid;title(輸入噪聲信號頻譜)axis(0,Fs/2,0,1.2);xlabel(f/Hz);ylabel(幅度)結(jié)果：%.

17、% 300Hz低通濾波器設(shè)計.%dev=(10(Ap/20)-1)/(10(Ap/20)+1),10(-As/20);fcuts=500,550;N,Wn,beta,ftype=kaiserord(fcuts,mags_low,dev,Fs);hh1=fir1(N,Wn,ftype,kaiser(N+1,beta);x_1=filter(hh1,1,xt);%窄帶高斯噪聲x_2=x_1;x_1(1:ceil(N/2)=;L=length(x_1);N=2(nextpow2(L);Hw_1=fft(x_1,N);figure(2);subplot(3,1,1);plot(t(1:1:L),x_1

18、);axis(0,0.25,min(x_1),max(x_1);grid on;title(頻率在300Hz以下的分量);xlabel(t);subplot(3,1,2);plot(0:N-1)*Fs/N,abs(Hw_1);grid on;title(窄帶高斯噪聲信號的頻譜);xlabel(Hz);ylabel(|H(ejw)|);axis(0,Fs/2,0,1000);H1,wd1=freqz(hh1,1) ;subplot(3,1,3);plot(wd1/pi,abs(H1);xlabel(wd);ylabel(幅度);title(帶寬300Hz的低通濾波器的幅頻響應);結(jié)果：%.% 噪聲調(diào)幅.%phase=2*pi*rand(1,length