一种基于频控阵干扰机的雷达干扰技术方法

1.本发明属于电子对抗中的雷达干扰技术领域，具体为一种基于频控阵干扰机的雷达干扰技术方法。主要通过将频控阵(frequency diverse array,fda)技术应用到雷达干扰机上，以实现对敌方雷达的有效干扰。该方法具有干扰能力强，干扰效率高，干扰隐蔽性强等特点，针对各种新体制雷达极具研究及应用价值。


背景技术：

2.雷达干扰是电子对抗中的一个重要组成部分，也是现代电子战必不可少的一部分。随着战场空间日益复杂的电磁环境，世界各国都在寻找最优的解决方案来有效地控制电磁空间。随着雷达理论的不断丰富和完善，先进的电子技术也不断地在雷达系统中得到广泛地应用，出现了脉冲多普勒雷达、脉冲压缩雷达、相控阵雷达以及合成孔径雷达等多种新体制雷达。这些新体制雷达综合运用了各种抗干扰技术，显著地降低了传统的压制性干扰和欺骗性干扰的效果，大大提高了雷达系统的抗干扰能力，这就对雷达干扰技术研究提出了严峻的挑战。在雷达干扰中，除了要保证干扰信号拥有足够的干扰功率，在频率、方向和极化上对准敌方雷达以外，还需要一种良好的干扰样式以便对雷达实施有效的干扰。因此新体制雷达的有效干扰问题成为了干扰界研究的热点，基于数字射频存储器(digital radio frequency memory,drfm)的相干干扰技术得到了广泛的应用。drfm可以截获、存储、处理、复制敌方雷达信号，目前，基于drfm的灵巧噪声干扰、逼真多假目标欺骗干扰等为雷达提供了新的有效干扰样式。采用相干干扰技术可使进入雷达接收机的干扰信号获得与真目标回波相同的相干处理增益，它与噪声干扰或其他欺骗干扰样式最大的不同之处在于它能精确模仿雷达发射信号的波形。
3.传统的压制性干扰是使用干扰发射设备发射大功率干扰信号，使敌方的雷达接收机过载饱和或使有用信号被干扰覆盖，但这种干扰方式对于新体制雷达的干扰效果并不十分理想，它无法获得匹配接收的增益，导致大部分的干扰能量都没有得到利用，此外，其暴露性干扰的特性更是很容易被敌方雷达所察觉。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种基于频控阵干扰机的雷达干扰技术方法，频控阵干扰机以数字射频存储器作为前端基本部件，对接收到的敌方探测信号进行存储处理，灵活使用转发式干扰或灵巧干扰，最后通过频控阵天线的方式发射干扰信号，以产生比常规干扰更多的假目标，有效的破坏敌方雷达对我方运动目标的检测与跟踪。
5.一种基于频控阵干扰机的雷达干扰技术方法，包括以下步骤：
6.步骤1：模拟一个敌方的脉冲多普勒侦查雷达位于图中的e位置，该雷达覆盖一定的探测区域，记为t区域，雷达向该区域发射雷达信号s(t)，通过对回波信号的检测来判断是否有外来目标进入该区域。
7.步骤2：当我方运动目标进入步骤1所述的t区域时，会将敌方雷达向该区域发送的
信号s(t)反射，反射信号一部分作为真实回波信号返回给雷达接收机，另有一部分信号则将反射到我方在区域外放置的频控阵干扰机中。
8.步骤3：干扰机会对该区域所发出或反射的信号进行反复识别搜索。当干扰机接收的信号强度大于一定的阈值时，可判定其搜索到了由目标反射过来的敌方侦查信号，否则继续搜索。
9.步骤4：干扰机利用drfm对接收到的敌方侦查信号进行识别存储，实现对信号的高速捕获和保存。
10.步骤5：准确判断步骤4中接收到的雷达信号的脉冲样式及脉冲周期等参数，精确地复制该信号，并将信号转发到干扰机的频控阵发射端。
11.步骤6：频控阵干扰机利用频控阵的阵列形式向运动目标所处的敌方侦查区域t区域发射干扰信号j(t)。
12.步骤7：在该区域的大量运动目标会将步骤6所产生的干扰信号反射到敌方的侦查雷达。
13.步骤8：敌方的雷达会检测到回波信号与大量干扰信号的混杂信号，其接收信号r(t)＝s(t-τ1)+j(t-τ2)。其中，τ1为真实目标回波的时延，τ2为干扰信号的时延。
14.步骤9：估计频控阵干扰机对敌方雷达所产生的干扰假目标效果，与普通的单天线转发式干扰对比产生的假目标个数。
15.本发明公开了一种基于频控阵干扰机的雷达干扰技术方法，和现有技术相比，其具有如下优点：
16.(1)已有的文献多是通过传统的阵列天线来发射干扰信号，而本方法则是通过新型的频控阵阵列天线来实现对干扰信号的转发，是原理上的创新；
17.(2)和传统的干扰相比，通过目标来对干扰信号进行反射比干扰机直接暴露在敌方监测区域更具隐蔽性，且利用频控阵本身发射信号的特点，其发出的“s”型干扰信号对干扰机提供了又一层的隐蔽性。
18.(3)已有的干扰方法对敌方雷达的欺骗效果有限，很容易被识别出干扰规律而丧失干扰效果，此方法中频控阵干扰机的灵活配置会使敌方雷达难以识别出规律，从而使欺骗干扰的效果更佳。
19.(4)本发明不只针对敌方的某一种新体制雷达，而适用于多种新体制雷达，均能有较好的干扰效果，应用范围广。
附图说明
20.图1为本发明总体流程图；
21.图2为本发明应用场景建模图；
22.图3为本发明所使用的均匀线性频控阵的阵列结构示意图；
23.图4a为传统干扰的时频仿真图；
24.图4b为本发明频控阵干扰仿真图。
具体实施方式
25.本发明的具体实施方式的总体流程图如图1所示。
26.本发明针对现有技术的不足设计出一种基于频控阵干扰机的雷达干扰方法，建立如图2所示的应用场景。图中的t区域为敌方侦查雷达的监测保护区域，我方的干扰机为避免被敌方雷达检测到，设计为在t区域之外的地方灵活放置，假设图中的ji点为频控阵干扰机所处的位置，i的个数可灵活配置。敌方雷达建模为单基地的脉冲多普勒雷达，处于图中的e点。我方频控阵干扰机的目的就是将进入敌方雷达侦察区域的我方运动目标隐藏，通过形成多个假目标的假象使敌方雷达无法正常监测我方的运动目标，从而使敌方雷达无法判断出我方真实目标所处的位置以及其运动的速度。频控阵干扰机可单个轮流工作，也可多个协同工作，这样的工作方式可以使敌方侦查雷达难以识别到我方的干扰规律，并且当存在多个运动目标时，大量的假目标生成会严重影响敌方雷达的正常工作，使其失去探测功能。
27.本发明的技术方案基于上述建立的应用场景模型，其干扰方法具体技术方案如下：
28.本实施例中，敌方雷达建模为脉冲多普勒雷达，其原理是利用目标和干扰物相对于雷达的径向速度不同，回波信号也具有不同的多普勒频率而设计的。其主要特点是具有较强的抗欺骗干扰和抗噪声能力。一般对脉冲多普勒雷达的干扰可分为压制性干扰、距离欺骗干扰以及速度欺骗干扰。本发明设计的频控阵干扰机会力图同时实现以上三种干扰形式的效果，使其对脉冲多普勒雷达的干扰更加有效。
29.本发明所采用的雷达信号为线性调频信号，线性调频信号的时域表达式为s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中，f0为载波频率，kr为调频率。设脉冲持续时间t为10us，调频带宽b为30mhz，调频率
30.本发明所采用的频控阵阵列结构的阵元数为10个，阵元间距d为波长λ的一半，阵元间的频率差δf为10khz，频控阵的发射波束指向目标t区域。
31.具体实施步骤如下：
32.步骤1：单基地脉冲多普勒雷达在e点向t区域发射lfm脉冲信号，信号表达式为s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中f0为雷达的载波频率，初始化参数，令f0＝10ghz，为调频率，其中调频带宽b＝30mhz，脉冲持续时间t＝10us，时域为探测t区域中是否有目标存在。
33.步骤2：当t区域中存在运动目标时，会反射雷达信号，一部分信号反射到雷达接收机，记为回波信号sr(t)＝s(t-τ1)，其中τ1为回波信号的时延，r为目标的距离。运动目标会存在多普勒频移fd，且此时，可通过测fd求出运动目标的径向速度v。
34.步骤3：部分信号会由目标反射到我方的频控阵干扰机，此仿真假设频控阵干扰机仅一台处于工作状态，干扰机利用drfm接收该信号，并准确存储分析该信号参数。
35.步骤4：drfm将信号转发到频控阵干扰机的发射端，阵元数为10个，阵元间距d为波长的一半，阵元间的频率差δf为10khz，通过设置适当的权重，将干扰波束对准目标区域。
36.步骤5：该仿真的频控阵干扰信号直接基于干扰机接收到的雷达信号s(t)进行频控阵转发，干扰信号h(t)相当于频控阵的阵列响应。
37.步骤6：频控阵发射特点是在同一时刻可将不同频率的干扰信号同时发向目标区域，该仿真基于单个动目标的情况，当为多个动目标时，效果更佳。
38.步骤7：各阵元的干扰信号经目标反射到雷达接收机，干扰信号叠加表达式为
[0039][0040]
步骤8：雷达接收机接收到目标回波信号与频控阵干扰信号的和信号
[0041]
r(t)＝sr(t)+j
total
(t)。
[0042]
步骤9：雷达接收机进行时频域的二维匹配滤波，当信号强度大于一定阈值时即可判定有目标的出现。此时，欺骗的干扰信号会被雷达接收机当作真实的目标回波信号，从而影响对运动目标距离及速度的判定。
[0043]
本发明的创新点在于对频控阵这种新型阵列的应用，将频控阵应用于干扰机上会得到比传统干扰机更有效的干扰效果。频控阵的概念源于相控阵，相控阵雷达的优势之一在于可自由地实现波束的空间扫描，通常其每个阵元发射、接收同一信号，通过调整移相器的相移量实现波束的空域扫描。因此当前，相控阵已经广泛应用在现代通信、雷达和导航等系统当中。频控阵与相控阵不同之处在于频控阵在相邻阵元的载波频率之间存在一个较小的频率增量，其概念的提出本身是为了改善相控阵波束不具有的距离依赖性，为抑制距离依赖性的干扰和杂波提供了可能。频控阵波束是时间、角度和距离的周期函数，通常我们使用均匀线性的频控阵阵列结构，m个发射天线间距d均匀排列，如图3所示。第一个阵元的发射信号载频记为f0，相邻阵元发射信号载波频率差为δf，那么第m个阵元发射信号的载波频率为：
[0044]fm
＝f0+(m-1)
·
δf,m＝1,2,
…
,m
ꢀꢀ
(1)
[0045]
在本发明中，通过频控阵来发射干扰信号，使每个阵元之间发射的干扰信号在频率上都是不同的，一方面，采用阵列的形式加强干扰信号的功率，另一方面，发射的干扰信号在频率上呈现出了差异性，对敌方雷达的目标在频域上的探测造成严重的困扰。假设发射的原始干扰信号为j(t)，那么通过频控阵每个阵元发射的信号为：
[0046][0047]
当第m个干扰信号发射到远场的(rm,θ)位置时，其信号表达式为
[0048][0049]
其中，
[0050]rm
＝r-(m-1)dsinθ
ꢀꢀ
(4)
[0051]
θ为目标方向，r为参考阵元即第一个阵元到目标的距离。
[0052]
将(1)、(2)、(4)带入式(3)，可得信号：
[0053][0054]
通过化简，忽略极小项，可得在远场目标处的干扰信号叠加的结果为
[0055][0056]
其中，指数项的第一项体现了fda的时变性，第二项与相控阵的相位差一样，第三项体现了fda的距离和频率增量依赖性，第四项体现了fda在距离和角度上存在耦合的关系。由此可见，fda波束方向图不仅具有角度依赖性，还具有时间和距离依赖性。而且，产生的“s”型波束对干扰机本身的隐身性能也提供了一个很好的保障，可以影响敌方雷达对我方干扰机的监测识别。
[0057]
脉冲多普勒雷达是利用目标与雷达之间相对运动产生的多普勒效应来实现测速功能的一种新型雷达。脉冲多普勒雷达的提出是为了解决机载下视雷达强地杂波干扰的问题，它是一种利用多普勒效应检测目标信息的全相参体制的雷达，能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波，具有对目标进行速度分辨的能力，可以更有效的解决抑制极强的地杂波干扰的问题。此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感的测定距离、速度信息，能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像。由于现绝大多数机载雷达都采用了脉冲多普勒体制，因此本发明中的雷达也建模为脉冲多普勒雷达。
[0058]
本发明所采用的雷达信号为线性调频(linear frequency modulation，lfm)信号，其大时宽的特点提高了雷达系统的速度分辨力和测速精度，其大带宽的特点又提高了雷达系统的距离分辨力和测距精度。同时，为提高雷达系统的作用距离要求信号具有大的能量，脉冲压缩技术有效地解决了雷达系统作用距离和距离分辨力之间的矛盾。线性调频作为一种脉冲压缩技术，成为了现代雷达最常用的雷达信号之一。线性调频信号的时域表达式为s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中，f0为载波频率，kr为调频率。设脉冲持续时间为t，调频带宽为b，则调频率线性调频信号经过压缩处理后接收的信号，其输出脉冲峰值功率是输入脉冲峰值功率的d倍，d为脉压比，d＝bt。在发射机输出功率一定的情况下，接收机输出的目标回波信号经过匹配滤波压缩处理，具有更窄的脉冲宽度和更高的峰值功率，这就同时提高了雷达系统的距离分辨力和探测距离，这种独特的优越性使其应用前景十分可观。如图4a和图4b对比。