基于线性调频脉冲压缩雷达干扰仿真分析

1基于线性调频脉冲压缩雷达干扰仿真分析班级：09电子2班姓名:学号：指导教师：摘要：脉冲压缩雷达,作为一种抗干扰能力很强的雷达,越来越受到广泛的关注,如何对其进行有效的干扰是一项亟需解决的课题。从系统的角度出发研究了对脉冲压缩雷达的干扰问题。发现影响干扰效果的因素很多,必须采用系统仿真的方法对脉冲压缩雷达干扰效果进行准确评估,该文对此进行了初步尝试。通过噪声干扰、噪声调幅干扰和移频干扰对脉冲压缩雷达的干扰仿真得出了一些有意义的结论。关键词：雷达干扰脉冲压缩雷达线性调频系统仿真脉冲压缩是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理后获得的窄脉冲,因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨率,又具有宽脉冲的强检测能力。脉冲压缩雷达常用的信号包括线性调频信号、非线性调频信号和相位编码信号,其中线性调频信号对多普勒频移不敏感,是在工程上应用最广泛、技术最成熟的一种脉冲压缩信号。它的优点是:对多普勒频移不敏感;缺点是:(1)具有较大的距离和多普勒交叉耦合,(2)通常要进行加权处理使压缩脉冲时间副瓣降低到允许的电平[1]。线性调频脉冲压缩实质上就是对回波进行频率延迟,低频信号部分延迟时间长,高频信号部分延迟时间短,从而使脉宽为T的宽脉冲压缩为窄脉冲τ。压缩比D=T/τ,如果不考虑损耗,压缩后的脉冲幅度将变为原来的D倍。由于脉冲压缩比可以作得很大,所以脉冲压缩雷达的抗干扰能力很强,文献[2,3]分别从脉冲压缩信号的特征分析方面研究了对抗脉冲压缩雷达的干扰方式。实际上,脉冲压缩雷达信号处理还采取了其他措施(如限幅和相干积累等),这些措施对于提高脉冲压缩雷达的抗干扰能力也有一定的帮助。雷达干扰是指抗敌或欺骗对方对方雷达设备，使其效能降低或丧失的电子干扰。可分为压制性干扰和欺骗性干扰。在现在战争环境下，给现代武器系统提出了新的要求。那就是雷达必须要面对复杂的电磁环境。雷达干扰在面对各种干扰的情况下，其雷达工作性能不在等效于无干扰条件下的工作性能。雷达干扰和抗干扰技术在这时便要求不断前进。现代电子干扰可分为有源干扰和无源干扰。雷达系统受干扰以后，其可能受到不同程度的影响。雷达在受到干扰较小时，其可能有测量误差，但是仍能转入跟踪···为此，怎样消除干扰成为新一代的课题。1脉冲压缩雷达仿真模型由于脉冲压缩主要是针对信号处理部分的,所以可以采用图1作为脉冲压缩雷达的仿真模型[4]。图中x为雷达回波信号,当无干扰时为线性调频波信号,这里取x=sin(2πωt)(1)其中调频脉宽取0.512s,调频规律为ω=1+4.5990.512t,0≤t≤0.512(2)2y1为雷达回波的限幅输出信号,这里限幅函数取φ(x)=1x0-1x0(3)y2为雷达回波经脉冲压缩后的信号包络,脉冲压缩原理图如图2所示。y3为相干积累结果,积累次数取为10。根据脉冲压缩原理,不难得出Y2(ω)=Y1(ω)×X3(ω)(4)式中:X3(ω)为雷达回波信号式(1)的傅里叶变换函数,对Y2(ω)进行傅里叶逆变换即可得到雷达回波经脉冲压缩后的信号包络y2。通过对上述脉冲压缩雷达信号处理系统进行仿真,可以比较出当输入x有无干扰时输出y1、y2、y3有何不同,从而可以确定对脉冲压缩雷达的干扰效果。2线性调频脉冲压缩雷达干扰仿真这里选取常用的噪声干扰、噪声调幅干扰和移频干扰对脉冲压缩雷达进行干扰仿真,比较三者的干扰效果。2.1噪声干扰线性调频脉冲压缩雷达仿真(1)无干扰时雷达回波信号为线性调频波(同式(1)),经过脉冲压缩雷达信号处理系统后,得到限幅输出结果y1、脉冲压缩包络y2和相干积累结果y3,如图3所示。从图3可以看出,无干扰情况下,脉冲压缩信号处理的优势非常明显:调频时宽为0.512s的脉冲信号经过上述脉冲压缩雷达模型后,脉冲信号压缩比达到了10000,使得脉冲压缩信号的包络幅度远远大于回波信号的幅度,这也正是脉冲压缩雷达的长处所在。(2)当存在噪声干扰时,雷达回波信号的表达式为x=u+sin(2πωt)(5)式中:u为服从正态分布N(0,3)的噪声。此时雷达回波信号经过脉冲压缩雷达信号处理系统后,得到限幅输出y1、脉冲压缩包络y2和相干积累结果y3,如图4所示。从图4可以看出,当存在噪声干扰时,在雷达回波信号经过压缩信号处理的同时,噪声也得到了一定的压缩处理,并且噪声能量越大,这种压缩处理的效果越明显(可以通过调整噪声信号的方差得到验证),从而起到了干扰脉冲压缩雷达的效果3综合以上两方面仿真结果能得出这样的结论:噪声干扰可以有效地干扰脉冲压缩雷达,但所需信号功率较大。2噪声调幅干扰线性调频脉冲压缩雷达仿真当存在噪声调幅干扰时,雷达回波信号的表达式为x=U(t)+sin(2πωt)(6)式中:U(t)为噪声调幅信号U(t)=(9+u)sin(10πt)(7)式中:u为服从正态分布N(0,3)的噪声。此时雷达回波信号经过脉冲压缩雷达信号处理系统后,得到的限幅输出y1、脉冲压缩包络y2和相干积累结果y3,如图5所示。从图5可以看出,当存在噪声调幅干扰时,在雷达回波信号经过压缩信号处理的同时,噪声调幅信号也得到了一定的压缩处理,并且干扰信号能量越大,这种压缩处理的效果越明显,从而起到了干扰脉冲压缩雷达的效果。需要说明的一点是:可以通过调整噪声信号的方差或基频信号的幅度来改变对脉冲压缩雷达的干扰效果,但调整基频信号的幅度对干扰效果的影响没有调整噪声信号方差对干扰效果的影响显著。4综上所述,噪声调幅干扰可以有效干扰脉冲压缩雷达,但必须合理选择干扰信号形式。2.3移频干扰线性调频脉冲压缩雷达仿真当存在移频干扰时,雷达回波信号的表达式为x=U(t)+sin(2πωt)(8)式中:U(t)为移频信号U(t)=3sin(2πω1t)(9)移频规律为ω1=5.599-4.5990.512t(0≤t≤0.512)(10)此时雷达回波信号经过脉冲压缩雷达信号处理系统后,得到的限幅输出y1、脉冲压缩包络y2和相干积累结果y3,如图6所示。从图6可以看出,当存在移频干扰时,在雷达回波信号经过压缩信号处理的同时,移频信号也得到了一定的压缩处理,并且干扰信号能量越大,这种压缩处理的效果越明显,从而起到了干扰脉冲压缩雷达的效果。需要说明的一点是:可以通过调整移频信号的幅度或移频规律来改变对脉冲压缩雷达的干扰效果,改变移频信号的幅度可以改善脉冲压缩处理后的干扰信号幅度,改变移频信号的移频规律可以改善脉冲压缩处理后的干扰信号形式。综上可以得出结论:移频干扰可以有效干扰脉冲压缩雷达,所需信号功率较小。3结语本文分别讨论了正态分布的白噪声、噪声调幅和移频干扰对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果,得出了这样一些结论:(1)三者均能有效地干扰线性调频脉冲压缩雷达,但达到同等干扰效果所需的干扰信号功率不同,移频干扰最小,噪声干扰次之,噪声调幅干扰最大;(2)从干扰信号形式方面看,噪声调幅干扰和移频干扰的信号形式对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果影响比较大,信号形式不同,干扰效果亦不同。此外,从上述讨论中可以看出,对线性调频脉冲压缩雷达的干扰存在许多变数,要想得到比较实用的结论,还应考虑通过具体的装备参数来进行系统仿真分析。雷达干扰在此文的分析中最终降到很小，直至对雷达信号的传输不产生影响。由上图可以发现，当有干扰时，信号失真非常严重，很难恢复原信号。而利用了线性调频的脉冲压缩技术，使得信号得以大概保持原样，对最终的输出基本无影响。噪声干扰可以有效地干扰脉冲压缩雷达,但所需信号功率较大。移频干扰可以有效干扰脉冲压缩雷达,所需信号功率较小。参考文献51任培宏.脉冲压缩信号的特点、产生及压缩方法.电讯技术,1999,39(1):95-1002宋春江,张剑云.正切调频脉冲压缩滤波器在有源噪声干扰环境中的性能分析.航天电子对抗,2000,16(4):22-273史林,彭燕,杨万海.脉冲压缩雷达干扰仿真分析.现代雷达,2003,25(8):38-40