CN106353739B - 一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法 - Google Patents

Abstract

针对当前部分相干干扰技术存在的问题，本发明公开了一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，通过对雷达信号全段进行多相位分段调制，在较高的干扰功率利用率条件下实现对目标信息的干扰，达到较好的遮盖效果。将接收到的雷达信号进行时间上的分段，得到各分段信号，其中分段数不小于2；然后对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中，调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，得到最终的干扰信号。其中，各分段信号长度相等或者不相等。该方法有效提高了干扰功率的利用率，解决了雷达干扰效果与干扰功率利用率之间矛盾。

Description

一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法

技术领域

本发明属于雷达对抗技术领域，具体涉及一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法。

背景技术

雷达作为一种先进的探测工具，具有全天时、全天候、远距离获取目标信息的能力，不仅可以将所观测的对象视为“点”目标，来测定它的位置与运动参数，而且能够获得目标和场景的图像，获取目标精细的二维结构信息，实现对目标的识别。根据雷达的不同体制，可以将雷达分成四大类：第一类为常规体制雷达；第二类为脉冲压缩雷达，该体制雷达提升了对目标距离信息获取的能力；第三类为脉冲多普勒雷达，该体制雷达提升了对目标速度信息获取的能力；第四类为合成孔径雷达/逆合成孔径雷达，该体制雷达提升了对目标的二维信息获取的能力，实现目标的成像和识别。

随着雷达的广泛应用，对雷达进行干扰的方法不断发展，其中干扰样式的设计是电子对抗领域的热点问题。当前对雷达干扰样式的分类有很多，同种干扰样式根据不同的分类准则可被划分到不同类别当中，各种干扰彼此互相交错、包容，涵盖了当前具有不同特点和作用效果的干扰。干扰样式的具体分类如图1所示。其中，通过破坏雷达信号的相干性实现对雷达的干扰具有较高的可行性。当前，部分相干干扰是一种雷达对抗的有效方式，是当前对各雷达体制进行干扰的主流技术。典型的部分相干干扰技术如间歇采样技术，通过对信号的间歇采样和转发破坏信号的相干性。在该技术广泛应用于雷达对抗领域的同时，其存在的局限性日益凸显。一方面，由信号采样带来的干扰信号能量利用率较低，对干扰机的发射峰值功率要求较高；另一方面，通过改变信号的间歇采样周期、占空比等参数实现干扰控制，干扰效果的可预测性具有一定的局限性。如何在突破雷达干扰效果与干扰功率利用率之间矛盾的同时，实现对干扰效果的精确控制，是当前部分相干干扰技术进一步发展的重要方向。

发明内容

有鉴于此，针对当前部分相干干扰技术存在的问题，本发明提供了一种基于多相位分段调制(Multiple Phase Sectionalized Modulation，MPSM)的雷达干扰方法，通过对雷达信号全段进行多相位分段调制，在较高的干扰功率利用率条件下实现对目标信息的干扰，达到较好的遮盖效果。

本发明的具体方案如下：

将接收到的雷达信号进行时间上的分段，得到各分段信号，其中分段数不小于2；然后对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中，调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，得到最终的干扰信号。

进一步地，用s_J(t)表示所述干扰信号，s_J(t)＝s(t)·p(t)，其中s(t)为接收到的雷达信号，p(t)为调制信号函数，p(t)为：

下标j表示第j个调制相位值，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，第j个调制相位值φ_j对应的分段信号的起始和截止时刻分别为和，下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,n_j，n_j为调制相位值为φ_j的分段信号总数，信号总分段数为所有相位调制值下包含的分段信号数目之和。

进一步地，所述相位调制采用数字相位调制或模拟信号调制或者数字与模拟组合相位调制。

进一步地，所述雷达信号为采用相干调制或脉内调制技术的雷达发出的信号。

对距离维干扰时，分段信号的最大长度比接收到的雷达信号的一个脉冲宽度短；对多普勒维的干扰时，分段信号的最小长度比接收到的雷达信号的一个脉冲脉冲重复周期长。其中，各分段信号长度相等或者不相等。

有益效果：

相对于间歇采样技术中信号采样带来的干扰信号能量利用率较低，本发明提出的干扰方法对雷达信号的全段进行分段调制，有效提高了干扰功率的利用率，解决了雷达干扰效果与干扰功率利用率之间矛盾。

本发明提出的干扰方法中通过调整分段数与相位调制值的大小，可以使干扰信号产生多种变化，获得多种干扰效果，通过控制分段数与相位调制值产生位置、范围、强度可控的干扰输出，实现对干扰局部遮盖范围的精确控制。

附图说明

图1为干扰样式的分类示意图。

图2为三相位非等分调制原理示意图。

图3为自卫式转发干扰模型示意图。

图4为多相位分段调制干扰的局部遮盖效果示意图，其中(a)、(b)、(c)作为扩展8倍、16倍、32倍遮盖匹配滤波器输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种多相位分段调制的雷达干扰方法，在信号的不同时间分段上调制不同的相位值，得到相应的干扰信号，分段调制相位值后与原信号产生差别，破坏了雷达信号的相干性。通过控制分段数与相位调制值的不同组合可以使干扰信号产生多种变化得到不同的干扰信号输出。分段数与干扰效果之间有一定对应关系，当将信号分为n段时，得到的干扰效果遮盖范围与最短的信号分段的长度有关，若此最小分段信号占整段信号的1/m，则干扰效果遮盖范围可扩展至m倍；信号等分时，m＝n。因此通过控制分段数可以控制干扰效果遮盖范围。

信号调制的过程相当于在相位-时间平面上的赋值过程，其中X轴表示信号分段的长度，Y轴表示调制相位值的大小。s(t)为接收到的雷达信号，即输入信号，p(t)为调制信号函数，用来进行相位调制，s_J(t)为经过调制处理得到的干扰信号，即输出信号。对信号进行分段相位调制，调制相位值为φ_j的分段信号，下标j表示第j个调制相位值，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，φ_j对应的分段信号的起始和截止时刻分别为和，下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,n_j，n_j为调制相位值为φ_j的信号总段数，即在(t_jei-t_jsi)时间段内对信号进行φ_j相位调制。分段时间起始点和分段数量确定后，得到最终的干扰信号表达式。

在上述参数说明的基础上，输出结果相当于原信号与复合函数即调制函数相乘：

s_J(t)＝s(t)·p(t) (1)

其中将分段信号间的调制相位值跳变用阶跃函数ε(t)来表示，分别以分段时间起始点和截止点为中心的两个阶跃函数的差值乘以雷达全段信号得到分段信号；对各分段信号分别进行相位调制，即将分段信号乘以调制相位值复指数，得到相位调制后的分段信号，所有分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，得到最终的干扰信号，调制函数p(t)为：

对该干扰调制样式作如下限定：

1.调制相位值φ_j取[0,2π]上的任意值，j≥2，且为有限个，现阶段j≤10。

2.分段信号的时间长度为小于原信号长度的任意值，等分分段与非等分分段都可以起到干扰效果。

3.无论雷达信号为何种样式，调制后的整段干扰信号与原信号的时间长度相等。

在相位—时间二维平面上，信号的多相位分段调制原理如图2所示，以三相位非等分调制为例，p＝3，n₁＝n₂＝n₃＝2，n₁、n₂和n₃分别表示调制相位值相应的信号分段数。

以脉内多相位调制为例，分析信号处理后的干扰效果。多相位分段调制干扰可视作一种灵活的自卫式转发干扰，自卫式转发干扰模型如图3所示，对干扰效果的分析需要结合特定的场景目标。结合简单的点目标自卫式干扰场景进行推导，建立干扰信号的数学模型，推导出干扰信号的幅相特性。

干扰实施方式为转发式干扰，首先接收敌方雷达信号，经处理后，再发送至敌方雷达处，雷达发射信号经过场景目标后向散射后得到的回波信号即接收到的雷达信号为s(t)，干扰机对侦收到的雷达信号作多相位分段调制后得到的干扰信号为s_J(t)，为：

s_J(t)＝s(t)·p(t) (3)

雷达接收到回波信号s(t)和干扰信号s_J(t)并进行匹配滤波处理，目的是在输出端得到最大的信噪比。对干扰信号处理的过程描述如下：

步骤1，通过傅里叶变换得到信号在频域的表达式：

式中，η表示幅度变化因子，τ表示信号分段的最小长度，t_d表示从雷达发射信号到接收到干扰信号的时间延迟，ω_k表示信号频带内的各角频率分量，0＜ω₁,ω₂,…,ω_K＜B，B为信号带宽，φ_k表示该频率分量上的调制相位值。

步骤2，根据匹配滤波原理，考虑在特定的T_M时刻得到的信噪比SNR最大，其表达式为：

该式取最大值当且仅当式中，F(jω)表示雷达发射信号的频域表达式，*表示信号的共轭运算。

进一步推导，干扰信号经匹配滤波处理可得：

该式即为干扰信号的匹配滤波输出。

步骤3，代入典型的线性调频(LFM)信号进行计算，信号表达式为：

式中f₀为信号载频，μ_r为信号调频斜率。

在一定范围内LFM信号频谱可近似为一固定值，即可写为：

式中ω_L和ω_H表示频谱的上下限，且ω_H-ω_L＝B。

由于LFM信号具有时频相关特性，相位调制使信号产生频移，移频量设为由频移带来的时延量为Δt_k＝nζ_x/μ_r，即时延量t_dk＝t_d-Δt_k。代入式(6)，得：

考虑调制相位差值为Δφ₁的分段信号，设其频带宽度为则Δf₁＝B₁/2π。计算该段干扰信号脉冲压缩结果，可得：

式中，令则上式等价于式(9)的最终计算结果为：

在复平面中，最终得到的功率为多个矢量叠加的结果，其统计模型可以描述成在坐标平面中的有序游程，信号相互叠加和抵消并得到了最终的输出结果。由上式可知，信号矢量的幅度与各分段信号的带宽有关，幅角和幅度与各分段信号的调制相位均有关，分段造成信号带宽减小，由LFM信号脉冲压缩的特性可知，输出信号主瓣会展宽，即产生扩展目标，该扩展目标中心在时间上与真实目标中心重合或相近时，产生遮盖真实目标的压制干扰效果。

该干扰方法生成的干扰信号具有部分相干干扰信号的特征，具有较高的干扰信号功率利用率，且干扰效果精确可控，有效克服了传统部分相干干扰技术存在的缺陷。该干扰技术可以采用数字相位调制或模拟多延迟线选通的方式实现，但不限于这两种实现方式。所述干扰方法采用数字相位调制或模拟信号调制或者数字与模拟组合相位调制。

该雷达干扰技术可应用于采用相干调制或脉内调制技术的搜索雷达、跟踪雷达、成像雷达、制导雷达，但不限于这些雷达类别。该雷达用于距离维或多普勒维干扰，可降低测距精度，降低距离跟踪性能，降低距离分辨率，降低成像雷达距离分辨率。对雷达信号的脉内处理，得到距离信息，对雷达信号的脉间处理，得到方位信息，也就是多普勒信息，单独获得距离信息或方位信息属于一维处理；通过一次或多次处理，综合获得两个信息，属于二维处理，本发明的方法是对一维做的处理，接收信号为等间隔脉冲信号，分段信号的最大长度比接收信号的一个脉冲宽度短时为短分段，是对距离维的干扰，分段信号的最小长度比接收信号的一个脉冲重复周期长时为长分段，是对多普勒维的干扰。

该干扰技术可产生扩散假目标，包括超前滞后假目标，所述干扰方法的处理过程可以常用的干扰调制方法组合使用，如时延调制或多普勒调制，产生目标位移控制。本发明中的方法中的信号可采用交替收发，在接收敌方信号的时候，只做处理，不做发射，在发射干扰信号的时候，不接收敌方雷达信号，避免干扰机发射的干扰信号，被干扰机自己的接收端接收，以解决收发隔离问题。

以距离维为例，对干扰效果控制的描述如下：应用Matlab软件对多相位分段调制LFM信号的脉冲压缩结果进行仿真，验证多相位分段调制产生的干扰信号可以在距离维得到区域可控的局部压制干扰效果。设原LFM信号的参数为T_p＝1μs，带宽B＝100MHz。设置三相位等分调制干扰样式，相应的相位调制值为分别将原信号等分为8段、16段和32段，回波的输出信号采用归一化幅值表示，干扰功率取回波信号功率的8倍、16倍、32倍，即相应的干信比分别为9dB、12dB、15dB，此时得到的相关仿真结果如图4所示，多相位分段调制产生的干扰信号在距离维得到不同带宽的压制干扰效果，实现区域可控的局部压制。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，其特征在于，将接收到的雷达信号进行时间上的分段，得到各分段信号，其中分段数不小于2；然后对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中，调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，得到最终的干扰信号；

用s_J(t)表示所述干扰信号，s_J(t)＝s(t)·p(t)，其中s(t)为接收到的雷达信号，p(t)为调制信号函数，p(t)为：

下标j表示第j个，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，第j个调制相位值φ_j对应的分段信号的起始和截止时刻分别为和下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,n_j，n_j为调制相位值为φ_j的分段信号总数，信号总分段数为所有相位调制值下包含的分段信号数目之和。

2.如权利要求1所述的一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，其特征在于，所述相位调制采用数字相位调制或模拟信号调制或者数字与模拟组合相位调制。

3.如权利要求1所述的一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，其特征在于，所述雷达信号为采用相干调制或脉内调制技术的雷达发出的信号。

4.如权利要求1所述的一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，其特征在于，对距离维干扰时，分段信号的最大长度比接收到的雷达信号的一个脉冲宽度短；对多普勒维干扰时，分段信号的最小长度比接收到的雷达信号的一个脉冲脉冲重复周期长。

5.如权利要求1所述的一种基于多相位分段调制的雷达干扰方法，其特征在于，所述各分段信号长度相等或者不相等。