二維隨機(jī)的多目標(biāo)欺騙干擾原理及實(shí)現(xiàn)-基于DRFM的掩護(hù)式

1、文章編號(hào)：1009-8119（2006）02-0039-03二維隨機(jī)的多目標(biāo)欺騙干擾原理及實(shí)現(xiàn)李 坤 高梅國 李云杰（北京理工大學(xué)電子工程系，北京 100081）摘 要 研究論述了一種在基于DRFM的雷達(dá)干擾系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)掩護(hù)式欺騙干擾的新方法?；诶走_(dá)“旁瓣干擾”的干擾原理提出了距離方位二維隨機(jī)的多假目標(biāo)干擾的實(shí)現(xiàn)方法。給出了在某雷達(dá)對(duì)抗驗(yàn)證系統(tǒng)上的干擾效果圖。關(guān)鍵詞 數(shù)字射頻存儲(chǔ)器，DSP，掩護(hù)式干擾，隨機(jī)Study and Realization of DRFM Based Cover JammingLi kun Gao meiguo Li yunjie(Electronic Enginee

2、ring Department, Beijing Institute of Technology，Beijing 100081)Abstract This paper studied the principle of cover jamming and DRFM based Radar jamming system realization, advanced a new method of range-angle two dimensions random multi-target cover jamming based on sidelobe jamming. Discussed the r

3、andom range and random angle realization, gave the jamming effect on certain ECM system.Keywords DRFM，DSP，Cover jamming，Random1 引 言未來戰(zhàn)爭是一場(chǎng)在高科技條件下的高度信息化的戰(zhàn)爭，雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)是改善武器系統(tǒng)和軍事目標(biāo)生存與發(fā)展條件的有效手段?，F(xiàn)代雷達(dá)大多采用多種先進(jìn)技術(shù)反干擾，如果干擾信號(hào)不具有相參性就很容易被敵方雷達(dá)處理掉，并被作為反跟蹤和打擊的目標(biāo)。數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(Digital RF Memory )作為干擾現(xiàn)代雷達(dá)的重要干擾源，其基本功能是高保真地存儲(chǔ)和復(fù)制

4、輸入信號(hào)的頻率以及脈沖內(nèi)調(diào)制特性，在需要時(shí)對(duì)復(fù)制信號(hào)加上適當(dāng)?shù)匮訒r(shí)、頻移或變換，產(chǎn)生高逼真度的欺騙信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方雷達(dá)的有效欺騙或干擾。通常的基于DRFM系統(tǒng)的掩護(hù)式干擾方法是對(duì)雷達(dá)脈沖進(jìn)行延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)而產(chǎn)生大批的在同一方位上的干擾假目標(biāo)，即“距離多目標(biāo)干擾”的方法。其缺點(diǎn)是干擾的位置相對(duì)固定，干擾很容易被識(shí)別和相關(guān)處理掉。二維隨機(jī)的多目標(biāo)干擾就是在距離上通過隨機(jī)延時(shí)實(shí)現(xiàn)“距離多目標(biāo)”，同時(shí)利用旁瓣干擾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“方位多目標(biāo)干擾”。每個(gè)假目標(biāo)分別由一對(duì)隨機(jī)數(shù)來描述及控制假目標(biāo)的距離和方位。理論上，假目標(biāo)可以出現(xiàn)在干擾機(jī)所在的雷達(dá)搜索平面范圍內(nèi)的任何位置，能夠有效的干擾采用現(xiàn)代體制的脈沖壓縮雷達(dá)。

5、2 基于DRFM的干擾機(jī)原理及組成數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)是一門新技術(shù)，它是隨著威脅信號(hào)的增加和對(duì)電子干擾能力的更高要求發(fā)展起來的。數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)原理如圖1所示。首先將輸入射頻下變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)A/D變換后成為數(shù)字信號(hào)，寫入高速存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要重發(fā)這一信號(hào)時(shí)，在控制器控制下讀出此數(shù)字信號(hào)并由D/A變換為模擬信號(hào)。然后用同一本振作上變頻，得到射頻輸出信號(hào)，完成對(duì)輸入信號(hào)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。圖 1 DRFM的工作原理1圖2是一種基于C6701和DRFM的雷達(dá)干擾系統(tǒng)框圖。與圖1的基本結(jié)構(gòu)相比較可以看出，控制電路部分具體的由FPGA和C6701來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)镕PGA具有大規(guī)模集成化和在線可編程的特點(diǎn)，所以可以用一

6、片F(xiàn)PGA來取代許多其它的周邊控制邏輯電路，使得外圍電路簡單。增加一個(gè)TI C6701 DSP用來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制運(yùn)算，當(dāng)其工作在150MHz時(shí)具有900MFLOPS的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，可以完成對(duì)干擾雷達(dá)信號(hào)的各種較為復(fù)雜的脈沖調(diào)制和多普勒頻移調(diào)制運(yùn)算。圖 2 基于C6701和DRFM的干擾機(jī)框圖干擾機(jī)接收到雷達(dá)射頻信號(hào)，下變頻后經(jīng)A/D采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送往FPGA，因?yàn)镕PGA具有更高的實(shí)時(shí)性，由FPGA來完成雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)和分選。對(duì)于符合干擾雷達(dá)特征的雷達(dá)脈沖，由FPGA發(fā)出寫FIFO信號(hào)，將該脈沖存入FIFO中保存下來作為后來調(diào)制或轉(zhuǎn)發(fā)干擾的資源。DSP則根據(jù)干擾調(diào)制的要求對(duì)干擾雷達(dá)脈沖信號(hào)進(jìn)

7、行調(diào)制并復(fù)制到雙口，復(fù)制到雙口中的位置映射為雷達(dá)與假目標(biāo)的距離。輸出由FPGA控制，從雙口的首地址開始順序輸出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后再經(jīng)上變頻到RF輸出而產(chǎn)生由近及遠(yuǎn)的假目標(biāo)回波信號(hào)。3 距離和方位二維隨機(jī)的多假目標(biāo)干擾原理及實(shí)現(xiàn)3.1 二維隨機(jī)的多目標(biāo)產(chǎn)生原理二維隨機(jī)的多目標(biāo)點(diǎn)跡干擾是建立在旁瓣進(jìn)入的干擾基礎(chǔ)之上的。所謂旁瓣干擾就是由干擾機(jī)自動(dòng)測(cè)出干擾雷達(dá)的主瓣和旁瓣后,在旁瓣期間(全部或局部) 施放干擾。如果保證雷達(dá)旁瓣所接收到的干擾功率大于或等于雷達(dá)所能檢測(cè)到的最小功率，那么雷達(dá)就會(huì)把旁瓣干擾瞬時(shí)主瓣指向的方位誤認(rèn)為是目標(biāo)的方位，這就形成方位欺騙。如果對(duì)雷達(dá)主瓣和旁瓣同時(shí)干擾，就構(gòu)成了“方位多

8、目標(biāo)干擾”2。下圖是旁瓣干擾的示意圖，干擾機(jī)從雷達(dá)旁瓣注入的回波信號(hào)能量大于雷達(dá)的檢測(cè)門限時(shí)，雷達(dá)就會(huì)把當(dāng)前的主瓣指向誤以為目標(biāo)的方位形成假目標(biāo)的方位干擾。圖 3 旁瓣干擾示意圖因?yàn)镈RFM系統(tǒng)具有相參干擾特性，再利用DSP對(duì)干擾雷達(dá)脈沖進(jìn)行周期性幅度調(diào)制或相位調(diào)制和多普勒頻移調(diào)制，使其在雷達(dá)接收端產(chǎn)生更多的距離多目標(biāo)和MTD檢測(cè)有效。3.2 距離隨機(jī)的實(shí)現(xiàn)因?yàn)槔走_(dá)脈沖存放在雙口中的位置映射為干擾假目標(biāo)的距離，所以調(diào)制輸出的雷達(dá)脈沖在雙口中的存儲(chǔ)策略對(duì)應(yīng)為實(shí)現(xiàn)距離隨機(jī)的策略。下面假設(shè)輸出雙口存儲(chǔ)器最多可以存放K個(gè)不重疊的雷達(dá)脈沖時(shí)，討論兩種情況下實(shí)現(xiàn)距離隨機(jī)的方法。（1）全距離段內(nèi)隨機(jī)當(dāng)每個(gè)D

9、SP輸出的目標(biāo)數(shù)遠(yuǎn)小于K時(shí)，每次產(chǎn)生的隨機(jī)距離相疊加的概率較小，就可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的二維隨機(jī)，也可以觀察到較好的隨機(jī)效果。這種方法也適合于未加波形調(diào)制的雷達(dá)信號(hào)通過距離上疊加以增加干擾目標(biāo)的數(shù)量。當(dāng)設(shè)定目標(biāo)的數(shù)量上升到一定量的時(shí)候，相互之間的重疊就不容忽視了，對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行了波形調(diào)制的雷達(dá)信號(hào)由于信號(hào)本身經(jīng)過了波形調(diào)制，相疊加后將形成一個(gè)雜亂的類似噪聲的信號(hào)，不利于產(chǎn)生多目標(biāo)的干擾效果。（2）均勻劃分距離段后段內(nèi)局部隨機(jī)采用均勻和隨機(jī)相結(jié)合的方法。當(dāng)DSP輸出的目標(biāo)個(gè)數(shù)設(shè)定為N個(gè)（N K，否則輸出的雷達(dá)信號(hào)將會(huì)因?yàn)橄嗷ジ采w而不完整）時(shí)，將其所能干擾的距離段(L)均勻劃分為N段： 圖4 均勻區(qū)間

10、距離段內(nèi)隨機(jī)示意圖每一區(qū)間的寬度為，當(dāng)目標(biāo)個(gè)數(shù)N小于K時(shí)，每一個(gè)區(qū)間的寬度也必然大于一個(gè)雷達(dá)脈沖的寬度，而這個(gè)裕量就可以作為下一目標(biāo)輸出時(shí)距離隨機(jī)的范圍。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)考慮到有可能0區(qū)間隨機(jī)后放在區(qū)間的末端，而1區(qū)間仍然在區(qū)間的前端這樣則會(huì)導(dǎo)致兩Chirp的重復(fù)放置，因此實(shí)際有效的裕度為：。 這樣就可以實(shí)現(xiàn)相鄰目標(biāo)間或者說在每一個(gè)區(qū)間的目標(biāo)在距離上也有了一定的隨機(jī)性。但是，當(dāng)目標(biāo)數(shù)量上升到接近每個(gè)距離段的極限容量K個(gè)時(shí)，因?yàn)榧措p口被一個(gè)接一個(gè)的填滿了雷達(dá)脈沖，也就沒有距離上的隨機(jī)了。故該方法比較適合脈沖調(diào)制后的雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)距離隨機(jī)。3.3 方位上隨機(jī)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代雷達(dá)大都具有較高的掃描頻率，而雷達(dá)天線

11、主瓣又存在一定的寬度，在雷達(dá)天線主瓣掃過目標(biāo)的過程中會(huì)接收到一系列的回波信號(hào)（雷達(dá)檢測(cè)的原始信號(hào)），即雷達(dá)對(duì)目標(biāo)方位的檢測(cè)是基于連續(xù)的M個(gè)回波脈沖的。M的值由雷達(dá)主瓣寬度、脈沖重復(fù)周期和雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)速度共同決定的。在連續(xù)輸出M個(gè)脈沖的時(shí)間內(nèi)，由于脈沖重復(fù)頻率較高，可以認(rèn)為這M個(gè)目標(biāo)回波的徑向距離幾乎不變，方位隨雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)變化一個(gè)主瓣寬度的弧形（形似“眉毛”），如圖5中示意的弧形點(diǎn)跡。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)方位的判別正是基于這M個(gè)回波信號(hào)的檢測(cè)后求中心來得到的（即對(duì)“眉毛”的合并）。因?yàn)樵键c(diǎn)跡不會(huì)顯示在雷達(dá)顯示器上，實(shí)際顯示在雷達(dá)顯示器上的是經(jīng)過二次處理合并后的點(diǎn)跡，如圖5中的小方框所示。所以在控制多個(gè)

12、干擾假目標(biāo)輸出的時(shí)候，只要不是在同一方位上同時(shí)開始輸出干擾回波，雷達(dá)檢測(cè)合并后的目標(biāo)就不會(huì)在同一方位上。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)可以在一定范圍內(nèi)將“眉毛”的起始位置隨機(jī)錯(cuò)開，連續(xù)輸出一組PRT脈沖而形成一個(gè)“眉毛”后，下一個(gè)目標(biāo)的輸出時(shí)刻也在一定范圍內(nèi)隨機(jī)錯(cuò)開的方法來實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。二次點(diǎn)跡原始點(diǎn)跡圖5 實(shí)現(xiàn)干擾假目標(biāo)方位隨機(jī)的示意圖這樣經(jīng)雷達(dá)處理后顯示的目標(biāo)方位就隨機(jī)的分布在雷達(dá)顯示器上。再配合距離的隨機(jī)即成為距離方位二維隨機(jī)的干擾方法，“眉毛”將二維隨機(jī)的分布到雷達(dá)平面內(nèi)。值得注意的是，在干擾信號(hào)連續(xù)輸出一個(gè)完整“眉毛”的時(shí)間內(nèi)距離上不可以有較大的起伏，因?yàn)樵诶走_(dá)照射到目標(biāo)的M個(gè)脈沖時(shí)間內(nèi)，時(shí)間間隔很

13、短，實(shí)際目標(biāo)的加速度有限而不可能在距離上有大的跳變。所以說距離和方位的二維隨機(jī)干擾主要是針對(duì)二次處理后的點(diǎn)跡，或者說是針對(duì)“眉毛”整體的。否則，如果沒有嚴(yán)格控制好“眉毛”的隨機(jī)，經(jīng)過雷達(dá)的二次處理后將不能夠形成二次點(diǎn)跡。4 干擾效果評(píng)定圖6(a)為干擾假目標(biāo)在雷達(dá)干擾驗(yàn)證系統(tǒng)雷達(dá)端檢測(cè)后未做數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理的PPI顯示圖，每一個(gè)點(diǎn)都是一個(gè)干擾假目標(biāo)。由于該干擾驗(yàn)證系統(tǒng)的雷達(dá)天線方向圖只是在（-90 º，90 º）區(qū)間有增益，所以干擾范圍只能在干擾機(jī)所在的半平面內(nèi)。圖6b為干擾假目標(biāo)和真實(shí)目標(biāo)回波經(jīng)雷達(dá)檢測(cè)做航跡關(guān)聯(lián)處理后的PPI顯示干擾效果圖?？梢钥吹剑┓鸥蓴_后真實(shí)目標(biāo)要么無法形成航跡，要么形成的航跡偏離了目標(biāo)的真實(shí)航跡，達(dá)到了干擾敵方雷達(dá)和掩護(hù)我方真實(shí)目標(biāo)的目的。圖 6(a) 雷達(dá)未做數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理PPI顯示圖圖 6(b) 雷達(dá)做關(guān)聯(lián)處理后的PPI顯示圖5 總 結(jié)利用該DRFM相參干擾系統(tǒng)可以較好的實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)二維隨機(jī)的掩護(hù)式欺騙干擾，使被干擾雷達(dá)的顯示器上充滿了干擾假目標(biāo)。如果再配合干擾脈沖波形的周期性幅度或相位調(diào)制，一個(gè)脈沖壓出49個(gè)尖峰則可以產(chǎn)生更多的干擾假目標(biāo)