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复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计与实现

来源:草根论文网 时间:2017-03-31 字体:[ ] 收藏 我要投稿 浏览:

 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问,对战争进程和结局具有重要的、甚至是决定性的影响。现代电了战环境中,多雷达协同工作已经成为电了战的必然发展趋势,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(Digital Radio FrequencyMemory)的雷达干扰机具有干扰样式多、抗噪性能强、高速信号侦察处理以及相干干扰能力,被广泛地应用于电了战场中。

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。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,可以根据延时时问、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、密集假目标压制干扰、噪声调频干扰、灵巧噪声干扰等。

1.1数字射频存储器的基本原理

现代电了战场中,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[fl‘一‘z}。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号,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问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。

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,干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(t),经过一次延时调制后发射出去的欺骗干扰信号为J(t),原信号通过接收机匹配滤波器h(t)后输出的信号为yo (t>,由于h(t)是一个线性时不变系统,则干扰信号经过脉压输出后的信号形式如下:

其中:A为幅度调制系数;t。为延时时问。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,只是幅度和延时时问有所不同,当to > 0时,假目标滞后于真目标;to < 0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:

其中,N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,当延时时问t。较小,延时叠加次数N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,当干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目标回波群中,形成了压制干扰。当延时时问t。较大,延时叠加次数N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。

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。噪声调频干扰信号的表达式如下:

其中,A为噪声调频干扰信号的振幅;wc为信号的中心频率;KF为调频指数;(约为噪声信号。

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。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:

其中:N为延时个数;t。为延时时问;Sm(t)为噪声调制后的噪声调频信号。图4为噪声调频干扰效果,图5为灵巧噪声干扰效果。

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问处于干扰发射阶段。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干扰效果,这样使得干扰机性能有所下降。

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。

2复杂电磁环境下雷达有源干扰机的设计

本设计采用一片FPGA CXC6VSX315T)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3 GSPS。此款ADC采用1.9  V单电源供电,在1:2解复用模式  CDemux)时,典型功耗为2 Wo

DAC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2.5 GSPS,采用0.18}m CMOS工艺技术制造,采用1.8 V3.3  V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1 GHz范围内的基带I,  Q信号,雷达干扰机中的ADC对基带I,   Q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。

 

 

系统完成的主要功能如下:

1)能够对812 GHz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号进行威胁等级判定,选出5部高威胁等级雷达进行干扰,并且根据信号形式制定相应的干扰样式;

3)脉内采用问歇采样转发干扰,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两个阶段,侦察阶段和干扰阶段,两个阶段交替进行。侦察阶段时问为100 ms,主要完成侦察时问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。FPGA100 ms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问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100 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,将频点次数出现较多的前5部信号判定为高威胁雷达信号,最后将频点信息传给干扰制定模块。

干扰制定模块收到频点信息后进行雷达干扰样式的制定,制定的原则是根据雷达信号的形式决定的,制定情况如表1所示,最后将干扰制定信息传给干扰处理模块。

2.2干扰阶段

干扰阶段时问为2s,主要完成高威胁雷达信号的干扰。干扰阶段中,在每个雷达信号的脉冲前沿500 ns内进行测频统计,并将统计的频率与干扰参数信息进行比较,若在频率误差范围内则进行干扰,否则不干扰,这样能够提高雷达的干扰效率。干扰阶段中,每部干扰信号都采用了脉内问歇采样转发和脉外边侦察边转发的干扰方式,在脉外检测阶段,若收到新的高威胁雷达信号,立即干扰新信号。干扰过程的时序如图9所示,脉内问歇的比例为收1 us1 us,固定转发为10 us,脉外开窗比例为收2 us2 us,对其它干扰样式,可根据需求对相关时问进行设定,进而提高干扰效率。

3系统仿真与测试本设计采用Xilinx公司的ISE 12.3编程软件进行开发。设计中首先使用ModelSim进行代码的行为级仿真,然后选用了复杂信号源输入到干扰机中进行硬件测试,最后将程序固化到FLASH中。FPGA各项资源消耗情况如表2所示,每项的资源占用率较低,经过时序优化设计,可以保证程序的稳定运行。

实验中共注入8部雷达信号,其中选取输入频率为10.1 GHz、功率为一15 dBm、脉宽10 us、脉冲重复周期1 ms的常规雷达信号进行观测,信号采用的干扰方式为欺骗干扰方式,用ChipScope观察DAC发射的部分信号如图10所示。从图中可以看出,脉内问歇接收时问为1 us,发射时问为1 us}满足系统功能要求。对8部雷达的总体干扰频谱图如图11所示,干扰机能够判定出5部高威胁雷达并进行干扰,具体干扰样式如表3所示,从图11中可以看出,实验结果满足干扰机的性能要求。

本设计中共输入了8部雷达信号,并对干扰机的干扰效果进行了测试,其中有1部宽带信号,6部常规信号和1部调频信号,其测试结果如表3所不。

从表3可以看出,该干扰机能够在复杂电磁环境下干扰到高威胁雷达,并且按照不同带宽制定灵活的干扰样式。

结束语

文中结合具体工程需求,提出了一种复杂电磁环境下雷达有源干扰机的实现方案。该方案能够选取5m 2 GHZ频带范围内的5部高威胁雷达信号进行干扰,干扰样式根据雷达信号形式制定。试验结果表明,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,适应了电了战的作战需求。

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作者:郑编辑 责任编辑:郑编辑

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