复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计与实现

第44卷第2期应用科技V〇1.44N〇.22017年4月AppliedScienceandTechnologyApr.2017DOI：10.11991/yykj.201608013网络出版地址：复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计与实现伊志勇，王鸿哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150001摘要:为提高复杂电磁环境下干扰机的干扰效率，实现对多部雷达同时干扰，提出了一种基于DRFM技术的雷达有源干扰机实现方法。该干扰机将ADC采集到的雷达信号存人存储器中，经信号参数测量和威胁等级判定后进行雷达干扰样式的制定，按照制定的干扰策略对雷达信号进行干扰处理，产生干扰信号。设计中重点解决了传统干扰机干扰样式单一、在多雷达环境中干扰信号脉冲丢失的问题。经过板级调试试验，该干扰机能够在复杂电磁环境下采用多种干扰样式准确、有效、稳定地干扰目标雷达，适应电子战的作战需求。关键词:复杂电磁环境;雷达有源干扰;干扰效率;参数测量;干扰策略中图分类号:TN97文献标志码：A文章编号：1009-671X(2017)02-084-05DesignandimplementationofradaractivejammerincomplexelectromagneticenvironmentYIZhiyong,WANGHongCollegeofInformationandCommunicationEngineering,HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，ChinaAbstract：Inordertoimprovethejammingefficiencyofthejammerinthecomplexelectromagneticenvironmentandtointerferewithmultipleradarsignals,thispaperpresentedamethodofradaractivejammerbasedonDRFMtech­nology.ThejammercollectedtheradarsignalssampledbyADCintothememory,afterthesignalparametermeas­urementandthreatleveldetermination,theradarinterferencepatternwasestablishedandthejammingsignalsweregeneratedaccordingtothejammingstrategy.Thedesignfocusedonsolvingtheprobleminwhichtraditionaljam­mingmodeissingleandtheinterferencesignalwillappearleakagepulseincomplexradarenvironment.Aftertheboardleveltest,itisproventhatthejammercanbeusedinthecomplexradarelectromagneticenvironment,whichcaninterferewiththetargetradaraccurately,effectivelyandstablywithavarietyofinterferencepatterns,meetingtherequirementoftheelectronicwarfare.Keywords：complexelectromagneticenvironment;radaractivejamming；jammingefficiency;parametermeasure­ment;interferencestrategy复杂电磁环境是信息化战场的重要特征，是信息化条件下交战双方新的博弈空间，对战争进程和结局具有重要的、甚至是决定性的影响[1_3]。现代电子战环境中，多雷达协同工作已经成为电子战的必然发展趋势，如何在复杂的电磁环境下对敌方雷达实施有效干扰，成为雷达干扰机面临的关键问题之一。基于数字射频存储技术(digitalradiofrequen­cymemory,DRFM)的雷达干扰机具有干扰样式多、抗噪性能强、信号侦察处理以及相干干扰能力高速收稿日期：2016-08-24.网络出版日期：2017-03-27.基金项目：国家自然科学基金项目（61571146).作者简介:伊志勇（1993-),男，硕士研究生.通信作者:伊志勇，E-mail:[e-mail].的优点，被广泛地应用于电子战场中。文中提出了一种基于DRFM的复杂电磁环境下雷达有源干扰机[4_7]实现方案，该干扰机能够对高威胁目标雷达进行干扰，同时采用灵活的干扰样式，干扰信号脉冲丢失的概率也大大降低。1存储转发式干扰的基本原理存储转发式干扰是根据数字射频存储技术提出的一种干扰技术，可以根据延时时间、叠加次数以及是否调制构成多种干扰样式，常见的干扰样式有欺骗干扰[8]、密集假目标压制干扰、噪声调频干扰w]、灵巧噪声干扰等。第2期伊志勇，等:复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计与实现•85•III!IllIlnMlIlllfI90100距离/km110120图3欺骗干扰效果1.3噪声调频干扰噪声调频干扰是利用噪声的幅度对雷达信号频率进行调制，得到具有一定带宽的干扰信号。噪声调频于扰信号的表达式如式(3)所示：Sm(t)=Acos^coct+JKfu(t)At^(3)式中：4为噪声调频干扰信号的振幅；A为信号的中心频率；为调频指数；为噪声信号。由于噪声调频干扰可以得到具有一定带宽的干扰信号，噪声调频信号进行延时叠加处理，得到灵巧噪声干扰信号a灵巧噪声干扰是一种比较灵活的干扰样式，由于欺骗干扰的方向性容易被组网雷达选定，所以将噪声调频信号加入到欺骗干扰中，产生了干扰距离更远、欺骗性更强的干扰效果。灵巧噪声的干扰信号形式为N-1Sfm(t)=J,ASm(t-nt0)n-0式中：yy为延时个数；^为延时时间；为噪声调制后的噪声调频信号。图4为噪声调频干扰效图2压制干扰效果目标回波群中，形成了压制干扰a当延时时间^较大、延时叠加次数#较小时，就会产生多个位置的假目标雷达回波，形成了欺骗干扰的干扰效果。图2为压制干扰的干扰效果，图3为欺骗干扰的干扰效果〇1存储1干扰11功率控制控制控制数字信号处理和控制单元（FPGA/DSP)图1数字射频存储干扰机的原理图1.2假目标欺骗干扰假目标欺骗干扰是一种常见的干扰处理方式\千扰机将收到的雷达信号进行存储，然后进行多次延时叠加，产生不同距离信息的假目标信号，从而引导雷达跟踪错误目标。假设接收到的雷达信号为S(〇，经过一次延时调制后发射出去的欺骗千扰信号为7(0，原信号通过接收机匹配滤波器后输出的信号为y〇(0，由于(0是一个线性时不变系统肩干扰信号经过脉压输出后的信号形式如式（1):y(t)=J(t)xh(t)=AS(t-t0)xh(t)=Ay0(t-10)⑴式中：4为幅度调制系数；^为延时时间。由式（1)可以看出，干扰信号的脉压处理结果与原信号的脉压结果是相同的，只是幅度和延时时间有所不同，当^〇时，假目标滞后于真目标;当^〇时，假目标超前于真目标^经过分析可知，经过多次延时叠加的输出信号经过匹配滤波器的输出形式为N-1N-1rr(0=~nt〇^x=~nt〇)n=0n=0⑵式中yv为延时叠加的次数。延时叠加硬件实现比较容易，不需要特别复杂的信号处理就能够得到较为逼真的假目标信号。由式(2)可以看出，当延时时间^较小、延时叠加次数#较大时，会产生密集的假目标，真实目标回波会处于假目标回波群中，当千扰机的输出功率大于目标的回波功率时，真实目标回波会淹没在假1.1数字射频存储器的基本原理现代电子战场中，许多雷达干扰机利用了数字射频存储器和数字信号处理器相结合的方式对雷达进行干扰[11_12、数字射频存储干扰机的框图如图1所示，侦察接收设备截获到雷达信.，将雷达信号存入到射频存储器中，数字信号处理单元通过干扰控制来对信号进行干扰调制，最后通过功率波束合成器后由发射天线发出。这种干扰机能够在很短的时间内对雷达信号进行延时、调幅、调频、调相处理，产生多种干扰样式aI接收天线侦察数字干扰接收射频调制设备存储器设备功率合成和波束形成LJ发射2(3(4(-!_ap/s®-2I-3Iap/«廳存储模块策略制定-50距离/km图4噪声调频干扰效果-10果，图5为灵巧噪声干扰效果^干扰信号图8系统整体框图系统完成的主要功能如下t1)能够对8〜12GHz频带范围内的雷达信号进行特定干扰，干扰样式有压制干扰、欺骗干扰、灵巧噪声干扰等3种干扰样式；2)将复杂电磁环境中的雷达信进行威胁等级判定，选出5部高威胁等级雷达进行干扰，并且根DAC雷达信号参数测量威胁等级判定图5灵巧噪声干扰效果1.4干扰信号脉冲丢失现象在复杂电磁环境下由于雷达信号较多、雷达脉冲较密，使得干扰机大部分工作时间处于干扰发射阶段。如图6所示，由于干扰机工作在雷达频点1的发射阶段，所以不会对新到雷达频点2进行干扰处理，因此会造成雷达频点2的干扰信号脉冲丢失。因此，由于脉冲丢失现象，使得干扰机对部分雷达不会产生压制或者欺骗的千扰效果，这样使得干扰机性能有所下降。图6干扰脉冲丢失现象如图7所示，采用脉外边边干扰边开窗侦察的方式可以减小脉冲丢失现象，雷达频点2在侦察阶段被检测到，干扰机立即对雷达频点2进行干扰处理，使得频点2的干扰信号脉冲不会出现丢失现象，提高了干扰机的干扰性能_图7脉外开窗侦察处理2复杂电磁环境下雷达有源干扰机设计本设计采用一片FPGA(XC6VSX315T)完成雷达信号侦察、干扰的实现，方案中ADC芯片选用TI公司的一款双通道、低功耗、高性能的ADC08D1520,单通道最高采样率为3GSPS6此款ADC采用1.9V单电源供电，在1:2解复用模式(Demux)时，典型功耗为2WeDAC芯片选用了ADI公司的一款14位的高性能、高转换速率的RF数模转换芯片AD9739,此款DAC芯片的转换速率高达2.5GSPS，采用0.18pmCMOS工艺技术制造，采用L8V和3.3V电源供电。微波射频模块将收到的雷达信号转换为瞬时带宽1GHz范围内的基带/、(？信号，雷达千扰机中的ADC对基带/、(？信号进行高速数据采集，然后送入FPGA中进行信号存储、雷达侦察和信号威胁等级判定，选出需要干扰的频点并进行干扰样式制定，最后将干扰参数传递到干扰处理模块中进行信号干扰处理，通过DAC产生基带干扰信号。系统的整体框图如图8所示。86应用科技第44卷S艱第2期伊志勇，等:复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计与实现•87•据信号形式制定相应的干扰样式；3)脉内采用间歇采样转发干扰，能够产生数量众多的假目标或假目标群。2.1侦察阶段根据系统的总体要求，干扰机的总工作时序分为2个阶段:侦察阶段和干扰阶段，2个阶段交替进行。侦察阶段时间为100ms，主要完成侦察时间内信号参数信息的统计、信号威胁等级判定以及干扰样式的制定。FPGA对100ms内检测到的雷达信号进行参数统计，主要参数测量的方法如下：载频测量:测量的频率信息为脉冲前沿频率，在脉冲前沿测频稳定后，将CORDIC模块输出的信号相位信息进行一阶差分运算便可以得到信号的瞬时频率信息，并将此作为该雷达的载频信息。在每一次检波结束后，进行瞬时频率统计，将最大频率与最小频率的差值作为带宽信息。重频测量:重频测量主要是将用序列差直方图法通过雷达脉冲到达时间来估计出脉冲重复周期。然后，将这些参数信息传给雷达威胁等级判定模块。该模块中主要根据雷达参数信息将5部高重频信号判定为高威胁雷达信号，判定方法如下：干扰机统计1〇〇ms内每次脉冲前沿频点出现的次数，出现次数越多说明该雷达频点对应的重频越高，将频点次数出现