二维随机的多目标欺骗干扰原理及实现-基于DRFM的掩护式

文章编号：1009-8119（2006）02-0039-03二维随机的多目标欺骗干扰原理及实现李坤高梅国李云杰（北京理工大学电子工程系，北京100081）摘要研究论述了一种在基于DRFM的雷达干扰系统上实现掩护式欺骗干扰的新方法。基于雷达“旁瓣干扰”的干扰原理提出了距离方位二维随机的多假目标干扰的实现方法。给出了在某雷达对抗验证系统上的干扰效果图。关键词数字射频存储器，DSP，掩护式干扰，随机StudyandRealizationofDRFMBasedCoverJammingLikunGaomeiguoLiyunjie(ElectronicEngineeringDepartment,BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081)AbstractThispaperstudiedtheprincipleofcoverjammingandDRFMbasedRadarjammingsystemrealization,advancedanewmethodofrange-angletwodimensionsrandommulti-targetcoverjammingbasedonsidelobejamming.Discussedtherandomrangeandrandomanglerealization,gavethejammingeffectoncertainECMsystem.KeywordsDRFM，DSP，Coverjamming，Random1引言未来战争是一场在高科技条件下的高度信息化的战争，雷达对抗技术是改善武器系统和军事目标生存与发展条件的有效手段。现代雷达大多采用多种先进技术反干扰，如果干扰信号不具有相参性就很容易被敌方雷达处理掉，并被作为反跟踪和打击的目标。数字射频存储器(DigitalRFMemory)作为干扰现代雷达的重要干扰源，其基本功能是高保真地存储和复制输入信号的频率以及脉冲内调制特性，在需要时对复制信号加上适当地延时、频移或变换，产生高逼真度的欺骗信号，以实现对敌方雷达的有效欺骗或干扰。通常的基于DRFM系统的掩护式干扰方法是对雷达脉冲进行延时转发而产生大批的在同一方位上的干扰假目标，即“距离多目标干扰”的方法。其缺点是干扰的位置相对固定，干扰很容易被识别和相关处理掉。二维随机的多目标干扰就是在距离上通过随机延时实现“距离多目标”，同时利用旁瓣干扰技术来实现“方位多目标干扰”。每个假目标分别由一对随机数来描述及控制假目标的距离和方位。理论上，假目标可以出现在干扰机所在的雷达搜索平面范围内的任何位置，能够有效的干扰采用现代体制的脉冲压缩雷达。2基于DRFM的干扰机原理及组成数字射频存储技术是一门新技术，它是随着威胁信号的增加和对电子干扰能力的更高要求发展起来的。数字射频存储技术原理如图1所示。首先将输入射频下变频为中频信号，经A/D变换后成为数字信号，写入高速存储器中。当需要重发这一信号时，在控制器控制下读出此数字信号并由D/A变换为模拟信号。然后用同一本振作上变频，得到射频输出信号，完成对输入信号的存储转发。下变频A/DD/A本振RF输入上变频RF输出存储器控制器DRFM器件图1DRFM的工作原理[1]图2是一种基于C6701和DRFM的雷达干扰系统框图。与图1的基本结构相比较可以看出，控制电路部分具体的由FPGA和C6701来实现。因为FPGA具有大规模集成化和在线可编程的特点，所以可以用一片FPGA来取代许多其它的周边控制逻辑电路，使得外围电路简单。增加一个TIC6701DSP用来实现各种调制运算，当其工作在150MHz时具有900MFLOPS的浮点运算能力，可以完成对干扰雷达信号的各种较为复杂的脉冲调制和多普勒频移调制运算。图2基于C6701和DRFM的干扰机框图干扰机接收到雷达射频信号，下变频后经A/D采样转化为数字信号送往FPGA，因为FPGA具有更高的实时性，由FPGA来完成雷达信号的检测和分选。对于符合干扰雷达特征的雷达脉冲，由FPGA发出写FIFO信号，将该脉冲存入FIFO中保存下来作为后来调制或转发干扰的资源。DSP则根据干扰调制的要求对干扰雷达脉冲信号进行调制并复制到双口，复制到双口中的位置映射为雷达与假目标的距离。输出由FPGA控制，从双口的首地址开始顺序输出，经D/A转换后再经上变频到RF输出而产生由近及远的假目标回波信号。3距离和方位二维随机的多假目标干扰原理及实现3.1二维随机的多目标产生原理二维随机的多目标点迹干扰是建立在旁瓣进入的干扰基础之上的。所谓旁瓣干扰就是由干扰机自动测出干扰雷达的主瓣和旁瓣后,在旁瓣期间(全部或局部)施放干扰。如果保证雷达旁瓣所接收到的干扰功率大于或等于雷达所能检测到的最小功率，那么雷达就会把旁瓣干扰瞬时主瓣指向的方位误认为是目标的方位，这就形成方位欺骗。如果对雷达主瓣和旁瓣同时干扰，就构成了“方位多目标干扰”[2]。下图是旁瓣干扰的示意图，干扰机从雷达旁瓣注入的回波信号能量大于雷达的检测门限时，雷达就会把当前的主瓣指向误以为目标的方位形成假目标的方位干扰。图3旁瓣干扰示意图因为DRFM系统具有相参干扰特性，再利用DSP对干扰雷达脉冲进行周期性幅度调制或相位调制和多普勒频移调制，使其在雷达接收端产生更多的距离多目标和MTD检测有效。3.2距离随机的实现因为雷达脉冲存放在双口中的位置映射为干扰假目标的距离，所以调制输出的雷达脉冲在双口中的存储策略对应为实现距离随机的策略。下面假设输出双口存储器最多可以存放K个不重叠的雷达脉冲时，讨论两种情况下实现下变频A/DDSPC6701信号检测和输入输出控制FPGAD/A本振RF输入输入FIFO输出DPRAM上变频RF输出距离随机的方法。（1）全距离段内随机当每个DSP输出的目标数远小于K时，每次产生的随机距离相叠加的概率较小，就可以实现真正意义上的二维随机，也可以观察到较好的随机效果。这种方法也适合于未加波形调制的雷达信号通过距离上叠加以增加干扰目标的数量。当设定目标的数量上升到一定量的时候，相互之间的重叠就不容忽视了，对于已经进行了波形调制的雷达信号由于信号本身经过了波形调制，相叠加后将形成一个杂乱的类似噪声的信号，不利于产生多目标的干扰效果。（2）均匀划分距离段后段内局部随机采用均匀和随机相结合的方法。当DSP输出的目标个数设定为N个（N≤K，否则输出的雷达信号将会因为相互覆盖而不完整）时，将其所能干扰的距离段(L)均匀划分为N段：LL2L(N-2)L(N-1)L[0)[)...[)NNNNN，，，，，，图4均匀区间距离段内随机示意图每一区间的宽度为LN，当目标个数N小于K时，每一个区间的宽度也必然大于一个雷达脉冲的宽度'L，而这个裕量就可以作为下一目标输出时距离随机的范围。具体实现时考虑到有可能0区间随机后放在区间的末端，而1区间仍然在区间的前端这样则会导致两Chirp的重复放置，因此实际有效的裕度为：'LLN。这样就可以实现相邻目标间或者说在每一个区间的目标在距离上也有了一定的随机性。但是，当目标数量上升到接近每个距离段的极限容量K个时，因为'0LLN即双口被一个接一个的填满了雷达脉冲，也就没有距离上的随机了。故该方法比较适合脉冲调制后的雷达信号实现距离随机。3.3方位上随机的实现现代雷达大都具有较高的扫描频率，而雷达天线主瓣又存在一定的宽度，在雷达天线主瓣扫过目标的过程中会接收到一系列的回波信号（雷达检测的原始信号），即雷达对目标方位的检测是基于连续的M个回波脉冲的。M的值由雷达主瓣宽度、脉冲重复周期和雷达天线转动速度共同决定的。在连续输出M个脉冲的时间内，由于脉冲重复频率较高，可以认为这M个目标回波的径向距离几乎不变，方位随雷达天线转动变化一个主瓣宽度的弧形（形似“眉毛”），如图5中示意的弧形点迹。雷达对目标方位的判别正是基于这M个回波信号的检测后求中心来得到的（即对“眉毛”的合并）。因为原始点迹不会显示在雷达显示器上，实际显示在雷达显示器上的是经过二次处理合并后的点迹，如图5中的小方框所示。所以在控制多个干扰假目标输出的时候，只要不是在同一方位上同时开始输出干扰回波，雷达检测合并后的目标就不会在同一方位上。具体实现时可以在一定范围内将“眉毛”的起始位置随机错开，连续输出一组PRT脉冲而形成一个“眉毛”后，下一个目标的输出时刻也在一定范围内随机错开的方法来实现，如图5所示。012.......N-3N-2N-1012.......N-3N-2N-1一个雷达脉冲的数据径向距离区段划分012.......N-3N-2N-1目标在各区段中的初始位置目标在各区段随机后的位置图5实现干扰假目标方位随机的示意图这样经雷达处理后显示的目标方位就随机的分布在雷达显示器上。再配合距离的随机即成为距离－方位二维随机的干扰方法，“眉毛”将二维随机的分布到雷达平面内。值得注意的是，在干扰信号连续输出一个完整“眉毛”的时间内距离上不可以有较大的起伏，因为在雷达照射到目标的M个脉冲时间内，时间间隔很短，实际目标的加速度有限而不可能在距离上有大的跳变。所以说距离和方位的二维随机干扰主要是针对二次处理后的点迹，或者说是针对“眉毛”整体的。否则，如果没有严格控制好“眉毛”的随机，经过雷达的二次处理后将不能够形成二次点迹。4干扰效果评定图6(a)为干扰假目标在雷达干扰验证系统雷达端检测后未做数据关联处理的PPI显示图，每一个点都是一个干扰假目标。由于该干扰验证系统的雷达天线方向图只是在（-90º，90º）区间有增益，所以干扰范围只能在干扰机所在的半平面内。图6b为干扰假目标和真实目标回波经雷达检测做航迹关联处理后的PPI显示干扰效果图。可以看到，施放干扰后真实目标要么无法形成航迹，要么形成的航迹偏离了目标的真实航迹，达到了干扰敌方雷达和掩护我方真实目标的目的。图6(a)雷达未做数据关联处理PPI显示图图6(b)雷达做关联处理后的PPI显示图二次点迹原始点迹5总结利用该DRFM相参干扰系统可以较好的实现多目标二维随机的掩护式欺骗干扰，使被干扰雷达的显示器上充满了干扰假目标。如果再配合干扰脉冲波形的周期性幅度或相位调制，一个脉冲压出4～9个尖峰则可以产生更多的干扰假目标，达到淹没真实目标回波或使被干扰雷达的处理能力饱和的目的，实现对真实目标的掩护。还可以实现距离、方位、速度与真实运动目标回波相似的高逼真欺骗干扰。由于牵涉到假目标相关的航迹更新及目标运动带来的多普勒频移计算，因此实现的程序也较为复杂。可以看出，利用该系统实现的掩护式欺骗干扰不失为一种有效的干扰方式。参考文献1赵国庆.雷达对抗原理.西安电子科技大学出版社,20012梁百川.对相控阵雷达的旁瓣欺骗干扰.上海航天,1998;(3)