CN113075628B - 一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机及其干扰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机及其干扰方法，该干扰机的干扰方法针对单脉冲雷达旁瓣相消器的固有缺陷，对单脉冲雷达旁瓣相消器实施多点源分布式同步假目标闪烁干扰、单点源同步多假目标干扰。多点源分布式同步假目标闪烁干扰在单脉冲雷达旁瓣布设2～3个干扰源，干扰源之间同步闪烁工作，单个干扰源的干扰信号在时域上和能量域上对雷达信号进行复合调制，使ASLC产生的干扰零陷不稳定；单点源同步多假目标干扰在时域上产生多个假目标，同时在能量域上周期性地改变干扰脉冲信号幅度，使ASLC无法对干扰产生的多假目标作出响应。和传统单脉冲雷达干扰技术相比，该干扰方法干扰源数量少、效率高，能有效破坏单脉冲雷达的旁瓣相消能力。
Description
技术领域
本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机及其干扰方法。
背景技术
单脉冲雷达多采用自适应旁瓣对消(Adaptive Sidelobe Canceling,ASLC)技术来提高抗干扰能力，即在常规的单阵元天线上增加一些辅助天线，通过对主天线和辅助天线接收到的信号进行处理，使得在干扰方向产生波瓣零点，这将有效抑制来自主天线旁瓣的干扰信号。传统单脉冲雷达干扰采用多点源干扰技术，通过增加干扰源数量来对抗单脉冲雷达旁瓣相消器，只有干扰源数量大于单脉冲雷达辅助天线的数量时才能产生较好的干扰效果，这将大大增加干扰资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机及其干扰方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案为：一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机，包括：接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、数字射频存储器、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线、单比特接收机、干扰控制器、本振和通信单元；所述接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、数字射频存储器、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线依次连接，所述本振分别与接收通道和发射通道连接，所述耦合器与单比特接收机、干扰控制器依次连接，所述干扰控制器分别与数控衰减器、本振、数字射频存储器、通信单元、接收通道和发射通道连接。
进一步地，所述数字射频存储器包括依次连接的AD、存储器和DA。
本发明提供了一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：接收天线接收单脉冲雷达信号，经接收前端进入耦合器，分成主信号和耦合信号两路射频信号，所述主信号输出至接收通道，所述耦合信号输出至单比特接收机；
步骤S2：单比特接收机根据耦合信号侦察获取雷达射频信号频率，并根据雷达射频信号频率提取射频信号脉冲相关参数，随后将射频脉冲信号相关参数输出至干扰控制器；
步骤S3：干扰控制器产生时域调制信号至数字射频存储器、产生变频控制信号至本振、产生协同控制信号至通信单元、产生接收控制信号至接收通道、产生发射控制信号至发射通道、产生功率控制信号至数控衰减器；
步骤S4：本振为射频信号和中频信号之间的频率变换提供参考频率，产生下变频本振信号和上变频本振信号分别至接收通道和发射通道；
步骤S5：接收通道将主信号进行下变频至中频并输出至数字射频存储器，所述数字射频存储器中的AD采集模拟中频信号产生雷达信号样本；
步骤S6：数字射频存储器根据时域调制信号，对雷达信号样本进行调制产生相干干扰信号；
步骤S7：相干干扰信号经数字射频存储器中的DA转换成中频干扰信号输出至发射通道，对中频干扰信号进行上变频，再依次经数控衰减器衰减和功率放大器功率放大，产生射频干扰信号，经发射天线发射出去。
进一步地，步骤S1中接收前端对单脉冲雷达信号进行低噪声放大、滤波处理并输出至耦合器。
进一步地，步骤S2所述射频信号脉冲相关参数包括射频信号的频率、脉宽和重频。
进一步地，步骤S3中所述干扰控制器在单干扰源情况下，进行单点源同步多假目标干扰调制。
进一步地，所述单点源同步多假目标干扰调制的过程具体为：干扰控制器对接收到的雷达信号检波脉冲进行多假目标延时，输出时域调制信号至数字射频存储器；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使单脉冲雷达旁瓣相消器无法对干扰产生的多假目标作出响应。
进一步地，步骤S3中所述干扰控制器在多干扰源情况下，进行多点源分布式同步假目标闪烁干扰调制。
进一步地，在单脉冲雷达旁瓣设置2～3个干扰机，干扰机之间通过通信单元收发干扰控制器的协同控制信号，实现多干扰机协同闪烁工作；每个干扰机中的干扰控制器对接收到的雷达信号检波脉冲进行延时，输出时域调制信号至数字射频存储器，产生干扰假目标；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使得与单脉冲雷达旁瓣相消器中的每一个辅助天线相连的闭合环路不能调整到稳定状态。
进一步地，所述闪烁工作的周期等于单脉冲雷达跟踪伺服装置带宽的倒数。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明针对ASLC技术的固有缺陷，采用多点源分布式同步假目标闪烁干扰、单点源同步阵列假目标干扰，能够适应多点源和单点源工作；
当存在多个干扰源时，采用多点源分布式同步假目标闪烁干扰方法，通过设置2～3个干扰源，干扰源之间同步地转换发射干扰信号，干扰控制器在时域上和能量域上对雷达信号样本进行复合调制，时域调制形成虚假目标，能量域上周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使得与ASLC中的每一个辅助天线相连的闭合环路不能调整到稳定状态；
当存在单个干扰源时，采用单点源同步多假目标的旁瓣干扰方法，针对ASLC瞬态响应时间长的不足，在时域上调制产生多个假目标，同时在能量域上周期性地改变干扰脉冲信号幅度，使ASLC不能快速地对干扰信号进行响应，达到破坏单脉冲雷达旁瓣相消的目的。
附图说明
图1为相干旁瓣相消器的工作原理示意图；
图2为本发明干扰机的结构示意图；
图3为本发明适用于多点源分布式同步假目标闪烁的干扰方法流程图；
图4为本发明适用于单点源同步多假目标的干扰方法流程图。
具体实施方式
如图1为相干旁瓣相消器的工作原理示意图，单脉冲雷达旁瓣相消器在主天线上增加几个辅助天线，在主天线波瓣收到目标信号的同时，天线的旁瓣响应中也收到了干扰信号，同时，干扰信号也被几个辅助天线接收到，它们在干扰机方向上的增益大于主天线旁瓣的增益。
每一个辅助天线收到的干扰信号在幅度和相位上进行加权而形成“和”，然后从主天线的信号中减去这个“和”。权值是由一个自适应处理器控制的，以使干扰信号功率在系统的输出中最小，实现对旁瓣干扰信号的干扰相消。
在无接收机噪声的情况下，ASLC输出端的信号Z由3个分量组成：
其中，S是目标信号矢量，J是干扰信号矢量，是辅助天线中的干扰信号，W＝[w1 w2…wk]是复权值。ASLC的功率输出PZ为：
PZ＝E(Z2)＝PS+PJ-2PTW+WTRW (2)
其中，PS是目标信号功率，PJ是主瓣中的干扰功率，和/>是干扰机的协方差矩阵；
当E(Z˙Ja)＝0时，得到最佳加权：
其中，E()表示期望。
假设信号与干扰信号是不相关的，则可得到：
P-RW＝0 (4)
最佳对消的最佳权值W0为：
W0＝R-1P (5)
将式(5)代入式(2)中，得到：
PZ＝PS+PJ-PTW (6)
在ASLC中的剩余干扰功率为故对消比CR为：
当PJ＝PTW，则对消就是完善的。
当有噪声存在时，ASLC的输出信号Z变为：
Z＝S+(J+N)-(Ja+Na)TW (8)
其中，N是主信道噪声矢量，Na是辅助信号噪声矢量。
通过正交性定理来确定最佳权值W0，得到：
对消比CRn变成：
其中，是主信道接收机噪声功率，I是单位矩阵。
当应用闭环ASLC时，需要高的环路增益来得到最佳的权值，且建立最佳权值设置值所需的时间是与干扰信号波形强度有关的。当主通道和辅助通道干扰信号间的相关性越强，同时干噪比越大，ASLC的旁瓣对消效果就越好。
但是，ASLC具有被干扰机所利用的固有缺陷如下：第一，ASLC的自由度是有限的，如果有多个干扰信号从不同的角度进入雷达，辅助天线的数据小于等于干扰源的数目时，ASLC就会过载，性能将严重下降；第二，ASLC存在瞬态响应，当干扰信号在时域、空域和能量域上按照设定的规律交替变化，这将使ASLC无法持续稳定工作，在干扰源方向将无法形成稳定的干扰零陷。
针对ASLC存在的固有缺陷，本发明提出了一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机，如图2为本发明的干扰机的结构示意图，该干扰机包括接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory，DRFM)、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线、单比特接收机、干扰控制器、本振和通信单元；接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、DRFM、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线依次连接，本振分别与接收通道和发射通道连接，耦合器与单比特接收机、干扰控制器依次连接，干扰控制器分别与数控衰减器、本振、DRFM、通信单元连接；DRFM包括依次连接的AD、存储器和DA，DRFM对雷达中频信号进行采样，得到雷达信号样本，干扰控制器控制DRFM对雷达信号样本进行复合调制产生针对雷达信号的相干干扰信号，干扰信号和雷达信号相干，可以获得雷达信号的相干处理增益，具有干扰效率高、干扰有效性好等优点。
本发明还提供了一种在多点源情况下，进行多点源分布式同步假目标闪烁干扰调制的方法如图3所示，该干扰方法包括如下步骤：
步骤S1：在单脉冲雷达旁瓣设置2～3个干扰机，干扰机之间同步闪烁工作，干扰机的接收天线接收单脉冲雷达信号，经接收前端后，对单脉冲雷达信号进行低噪声放大、滤波处理并输出至耦合器，在耦合器中分成主信号和耦合信号两路射频信号，所述主信号输出至接收通道，所述耦合信号输出至单比特接收机；
步骤S2：单比特接收机根据耦合信号侦察获取雷达射频信号频率，并根据雷达射频信号频率提取射频信号脉冲相关参数，随后将射频信号脉冲相关参数输出至干扰控制器；该步骤中所涉及的射频信号脉冲相关参数包括射频信号的频率、脉宽和重频。
步骤S3：干扰控制器产生时域调制信号至DRFM、产生变频控制信号至本振、产生协同控制信号至通信单元、产生接收控制信号至接收通道、产生发射控制信号至发射通道、产生功率控制信号至数控衰减器；具体过程如下：干扰机之间通过通信单元收发干扰控制器的协同控制信号，实现多干扰机协同闪烁工作，由于是多点源闪烁干扰，干扰机转换速率太高会使天线对数据进行平均，使跟踪误差趋于最小；速率太低又会使跟踪器能够精确确定每部干扰机的角位置，因此，闪烁周期约等于单脉冲雷达跟踪伺服装置带宽的倒数。每个干扰机中的干扰控制器对接收到的射频信号脉冲进行延时，输出时域调制信号至DRFM，产生干扰假目标；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使得与单脉冲雷达旁瓣相消器中的每一个辅助天线相连的闭合环路不能调整到稳定状态，可以大大降低单脉冲雷达ASLC的对消性能。
步骤S4：本振经变频控制产生下变频本振信号和上变频本振信号分别至接收通道和发射通道；本振为主射频信号和中频信号之间的频率变换提供参考频率；
步骤S5：接收通道将主信号通过下变频控制信号下变频至中频并输出至DRFM中，所述DRFM中的AD采集模拟中频信号产生雷达信号样本；
步骤S6：DRFM根据步骤S3接收的时域调制信号，对雷达信号样本进行调制，产生相干干扰信号；
步骤S7：相干干扰信号经DA转换输出至发射通道，将中频干扰信号转变为射频干扰信号，数控衰减器再依据干扰控制器输出的功率控制信号对射频干扰信号进行衰减，功率放大器对射频信号进行放大，产生射频干扰信号，经发射天线发射出去。
多点源分布式同步假目标闪烁干扰方法的目的是攻击单脉冲角度跟踪雷达的动态特性，这种方法以角跟踪伺服装置通带之内的某个速率依次接通一部干扰机。当跟踪雷达从一个干扰机转向另一个干扰机时，就激励起了角跟踪伺服装置的步进响应，如果角跟踪伺服系统具有良好的阻尼特性，则雷达天线将平滑地在各个干扰源之间移动，其建立时间正比于伺服带宽的倒数；但是如果角跟踪系统具有大的过冲，那么以接近于其带宽的速率激励其伺服装置就能引起越来越大的扰动，最终将导致雷达失锁；相反，如果闪烁速率比角跟踪装置的伺服带宽大得多，那么角度伺服装置将对不同干扰源来的信号进行平均，使雷达停止在某个位置上，该位置与主瓣天线响应内的各部干扰机质心角度相对应。
在该干扰方法中，从时域上看，ASLC始终无法进入稳定工作状态；空域上，雷达波束将在多个干扰源之间交替变化。
单脉冲雷达ASLC主要用于对付连续波干扰，需要较长建立时间的伺服环，ASLC一般需要对付脉冲信号的旁瓣匿隐器SLB配合工作。因此，本发明还提供了一种在单干扰源情况下，进行单点源同步多假目标干扰调制的方法，如图4所示，该干扰方法包括如下步骤：
步骤S1：干扰机的接收天线接收单脉冲雷达信号，经接收前端后，对单脉冲雷达信号进行低噪声放大、滤波处理并输出至耦合器，在耦合器中分成主信号和耦合信号两路射频信号，所述主信号输出至接收通道，所述耦合信号输出至单比特接收机；
步骤S2：单比特接收机根据耦合信号侦察获取雷达射频信号频率，并根据雷达射频信号频率提取射频信号脉冲相关参数，随后将射频信号脉冲相关参数输出至干扰控制器；该步骤中所涉及的射频信号脉冲相关参数包括射频信号的频率、脉宽和重频。
步骤S3：干扰控制器产生时域调制信号至DRFM、产生变频控制信号至本振、产生接收控制信号至接收通道、产生发射控制信号至发射通道、产生功率控制信号至数控衰减器；具体过程如下：干扰控制器对接收到的射频信号脉冲进行多假目标延时，输出时域调制信号至数字射频存储器中；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使单脉冲雷达旁瓣相消器无法对干扰产生的多假目标作出响应。
步骤S4：本振经变频控制信号产生下变频控制信号和上变频控制信号分别传输至接收通道和发射通道；本振为主射频信号和中频信号之间的频率变换提供参考频率；
步骤S5：接收通道将主信号通过下变频控制信号下变频至中频并输出至DRFM中，所述DRFM中的AD采集模拟中频信号产生雷达信号样本；
步骤S6：DRFM根据步骤S3接收的时域调制信号，对雷达信号样本进行调制，产生相干干扰信号；
步骤S7：相干干扰信号经DA转换输出至发射通道，将中频干扰信号转变为射频干扰信号，数控衰减器再依据干扰控制器输出的功率控制信号对射频干扰信号进行衰减，功率放大器对射频信号进行放大，产生射频干扰信号，经发射天线发射出去。
该单点源同步多假目标干扰方法针对ASLC瞬态响应时间长的不足，在时域上产生多个假目标，同时在能量域上周期性地改变干扰脉冲信号幅度，使ASLC因其瞬态响应时间长而不能对这些目标做出响应，如果采用旁瓣匿隐器，它就会消掉与旁瓣虚假目标相对应的任何主瓣目标。
Claims (8)
1.一种对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：接收天线接收单脉冲雷达信号，经接收前端进入耦合器，分成主信号和耦合信号两路射频信号，所述主信号输出至接收通道，所述耦合信号输出至单比特接收机；
步骤S2：单比特接收机根据耦合信号侦察获取雷达射频信号频率，并根据雷达射频信号频率提取射频信号脉冲相关参数，随后将射频脉冲信号相关参数输出至干扰控制器；
步骤S3：干扰控制器产生时域调制信号至数字射频存储器、产生变频控制信号至本振、产生协同控制信号至通信单元、产生接收控制信号至接收通道、产生发射控制信号至发射通道、产生功率控制信号至数控衰减器；
所述干扰控制器在单干扰源情况下，进行单点源同步多假目标干扰调制；
所述干扰控制器在多干扰源情况下，进行多点源分布式同步假目标闪烁干扰调制；
步骤S4：本振为射频信号和中频信号之间的频率变换提供参考频率，产生下变频本振信号和上变频本振信号分别至接收通道和发射通道；
步骤S5：接收通道将主信号进行下变频至中频并输出至数字射频存储器，所述数字射频存储器中的AD采集模拟中频信号产生雷达信号样本；
步骤S6：数字射频存储器根据时域调制信号，对雷达信号样本进行调制产生相干干扰信号；
步骤S7：相干干扰信号经数字射频存储器中的DA转换成中频干扰信号输出至发射通道，对中频干扰信号进行上变频，再依次经数控衰减器衰减和功率放大器功率放大，产生射频干扰信号，经发射天线发射出去。
2.根据权利要求1所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于：步骤S1中接收前端对单脉冲雷达信号进行低噪声放大、滤波处理并输出至耦合器。
3.根据权利要求2所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于：步骤S2所述射频信号脉冲相关参数包括射频信号的频率、脉宽和重频。
4.根据权利要求1所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于：所述单点源同步多假目标干扰调制的过程具体为：干扰控制器对接收到的雷达信号检波脉冲进行多假目标延时，输出时域调制信号至数字射频存储器；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使单脉冲雷达旁瓣相消器无法对干扰产生的多假目标作出响应。
5.根据权利要求1所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于：在单脉冲雷达旁瓣设置2～3个干扰机，干扰机之间通过通信单元收发干扰控制器的协同控制信号，实现多干扰机协同闪烁工作；每个干扰机中的干扰控制器对接收到的雷达信号检波脉冲进行延时，输出时域调制信号至数字射频存储器，产生干扰假目标；干扰控制器输出变频控制信号输出至本振；干扰控制器输出功率控制信号至数控衰减器，周期性地改变干扰脉冲的信号幅度，使得与单脉冲雷达旁瓣相消器中的每一个辅助天线相连的闭合环路不能调整到稳定状态。
6.根据权利要求5所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于：所述闪烁工作的周期等于单脉冲雷达跟踪伺服装置带宽的倒数。
7.根据权利要求1所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于，所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机包括：接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、数字射频存储器、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线、单比特接收机、干扰控制器、本振和通信单元；所述接收天线、接收前端、耦合器、接收通道、数字射频存储器、发射通道、数控衰减器、功率放大器、发射天线依次连接，所述本振分别与接收通道和发射通道连接，所述耦合器与单比特接收机、干扰控制器依次连接，所述干扰控制器分别与数控衰减器、本振、数字射频存储器、通信单元、接收通道和发射通道连接。
8.根据权利要求7所述对单脉冲雷达旁瓣相消器的干扰机的干扰方法，其特征在于，所述数字射频存储器包括依次连接的AD、存储器和DA。
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2021
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