CN115856791A - 一种探测相干干扰一体化信号波形设计与处理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及多功能一体化系统的复杂波形设计领域,特别是一种探测相干干扰一体化波形设计与处理方法。
背景技术
现代军事作战对传统的射频系统如雷达、干扰机和通信站等提出了越来越高的要求,这些系统分别提供了雷达、电子战和通信等功能。多功能一体化系统如美国的舰载综合桅杆(Integrated Topside, InTop)项目、机载“射频任务操作中融合的合作式单元”(CONCERTO, “协奏曲”)项目以及欧洲的“皇冠”(CROWN)项目等通过共用资源实现了对射频功能的集成,旨在解决天线激增、各系统相互制约、系统平台RCS增大、维修保障困难和资源消耗大等问题。
探测干扰一体化是指基于单一作战平台的同一套系统硬件同时完成雷达探测与干扰的射频功能,实现硬件共享,频谱共享和能量共享,对多功能一体化作战平台的发展起着重要作用,而探测干扰一体化信号波形设计则是实现探干一体化的重要内容。
已有的探测干扰一体化信号都是通过设计具有时域随机性和宽频谱特性的雷达探测信号,如伪随机二相编码信号和噪声-线性复合频率调制(Noise-Linear FrequencyModulation, NLFM)信号等,使其在实现雷达探测功能的同时能够对敌方进行非相干压制干扰。虽然非相干干扰不需要太多关于敌方雷达的信息且很容易实现,但由于与雷达的非相干性,这些一体化信号需要较大功率才能达到良好的干扰效果。同时这些非相干一体化信号并未考虑时间维度的控制,很容易在目标外形成无用的干扰,导致干扰效果进一步下降。
相干干扰即通过截获的敌方信号,获取其波形和频率等信息,从而发送与敌方波形体制相一致的波形。与非相干干扰相比,相干干扰额外获得了敌方的相干增益,从而减少了对功率的需求。此外,由于波形体制一致,相干干扰信号可在敌方处形成逼真的假目标,从而对敌方造成欺骗。然而目前已有的工作还未对相干干扰与探测一体化信号的波形设计展开研究。
常见的相干干扰方式有噪声卷积调制、移频干扰、间歇采样转发干扰和调相干扰等。然而,由于雷达系统中经常使用非线性射频功率放大器,这些放大器要求输入信号是恒模的,因此雷达信号在设计时通常需要考虑恒模约束。而相干干扰波形在设计时由于没有考虑到雷达探测功能的一体化实现,没有对恒模约束加以考虑,使得大多数相干干扰波形并不是恒模的,这给探测相干干扰一体化信号波形的设计带来了困难。此外,由于探测相干干扰一体化信号与敌方信号相干,因此敌方信号返回己方时也会对己方造成相干干扰,需要对接收处理方法进行设计才能减少敌方对己方的这种相干干扰。
发明内容
为克服现有探测非相干干扰一体化信号的不足以及探测相干干扰一体化信号波形设计中存在的种种局限性,本发明提供了一种在满足恒模约束的条件下,可在敌方处形成超前和延后的多阶假目标欺骗干扰,并在己方处通过对敌方LFM信号的辨识和抑制实现雷达探测功能,从而减少对功率的需求,可用于近距离自卫干扰与跟踪任务当中的探测相干干扰一体化信号波形设计与处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种探测相干干扰一体化信号波形设计与处理方法,包括以下步骤:
1)侦察接收机截获从敌方处发送过来的LFM脉冲;
3)生成探测相干干扰一体化信号并发送;
5)接收同步混叠回波信号,对其进行脉冲压缩和CFAR检测;
6)辨识敌方LFM信号并抑制;
7)恢复重构抑制后的一体化信号,对其进行相位解调和匹配滤波,最终实现雷达探测功能。
所述步骤2)中,在己方处预先设计一个长度为N的二相编码序列,该序列为{+1,-1}重复循环生成的周期序列,不同编码序列仅有码长N不同;根据先前截获的敌方LFM的脉宽,生成子脉冲脉宽为/>的调相脉冲串,其表达式为:/>,其中,/>表示卷积计算。
所述步骤3)中,将先前截获的LFM脉冲与调相脉冲串相乘,得到所设计的探测相干干扰一体化信号:
所述步骤4)中,当一体化信号到达敌方处时,一体化信号在敌方LFM匹配滤波器的输出为多阶欺骗干扰,较低阶的干扰分量主要在目标前后形成了两个逼真的主假目标,其余功率较低的高阶干扰分量则主要对敌方形成压制式的密集假目标群欺骗干扰,相邻两阶假目标峰值点间距的计算公式为:/>。
所述步骤6)中,基于步骤5)的检测结果,计算相邻目标间的间距,若一目标与前后目标的间距不为步骤4)中计算的的整数倍,则该目标判定为敌方LFM信号,并将/>中以检测点为中心的前后一段时间置为噪声信号,实现抑制。
相比于现有技术,本发明的优点在于:本发明提出的基于线性调频信号的探测相干干扰一体化信号波形设计与处理方法,在满足恒模约束的条件下,可在敌方处形成超前和延后的多阶假目标欺骗干扰,并在己方处实现雷达探测功能。在实现雷达探测功能时,由于探测相干干扰一体化信号与敌方LFM信号相干,因此在未作任何处理时敌方LFM信号会对己方造成相干干扰。本发明根据己方已知而敌方未知的各阶假目标干扰分量之间的峰值点间距,在己方处将与己方相干的敌方LFM信号进行辨识与抑制,从而很好的实现了雷达探测功能。在整个作战过程中,本发明能够对敌方形成相干干扰,且兼具雷达探测与干扰两种功能,因此对功率要求较小,可用于近距离自卫干扰与跟踪任务当中。
附图说明
图1本发明所述探测相干干扰一体化信号的构造与传播过程的示意图。
图2本发明所述探测相干干扰一体化信号波形构造的示意图。
图3本发明所述探测相干干扰一体化信号在敌方处脉冲压缩后的干扰效果(调相编码序列长度N=10)的示意图。
图4本发明所述探测相干干扰一体化信号在敌方处脉冲压缩后的干扰效果(调相编码序列长度N=50)的示意图。
图5本发明所述探测相干干扰一体化信号接收处理的流程图。
图6本发明所述探测相干干扰一体化信号在己方处经相位解调和脉冲压缩后的效果(调相编码序列长度N=10)的示意图。
图7本发明所述探测相干干扰一体化信号在己方处经相位解调和脉冲压缩后的效果(调相编码序列长度N=50)的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例,对本发明作详细描述。
本发明所采用的技术方案是将截获的敌方LFM信号进行调相处理并经一定的系统处理时延后发送,从而在敌方处形成多阶假目标欺骗干扰;将己方已知而敌方未知的各阶假目标干扰分量的峰值点间距作为先验信息,对敌方LFM信号进行辨识与抑制,从而在己方处实现雷达功能,具体包括以下步骤:
步骤1:侦察接收机截获从敌方处发送过来的LFM脉冲,其表达式为:
步骤2:设计二相编码序列,生成子脉冲串/>。本发明在己方处预先设计一个长度为N的二相编码序列/>,该序列为{+1,-1}重复循环生成的周期序列,不同编码序列仅有码长N不同;根据先前截获的敌方LFM的脉宽,生成子脉冲脉宽为的调相脉冲串,其表达式为:/> (2)
步骤3:生成探测相干干扰一体化信号并发送。将先前截获的LFM脉冲与调相脉冲串相乘,即可得到所设计的探测相干干扰一体化信号,其表达式为:
其中。因此/>可看作一个与敌方LFM信号发生/>多普勒频移失配的信号的匹配滤波结果,由于LFM信号的距离-多普勒耦合效应,其在真目标附近形成了一个相似的假目标。对于低阶/>而言,由于其失配较轻,产生的假目标十分逼真,因而能起到欺骗干扰的作用。
综上,一体化信号在敌方LFM匹配滤波器的输出为多阶欺骗干扰,每阶干扰分量的幅度由与/>共同决定,其中/>反映了存在多普勒频移的LFM信号匹配滤波后的失配情况,/>则是对周期调相脉冲串进行Fourier级数展开得到的。较低阶的干扰分量主要在目标前后形成了两个逼真的主假目标,其余功率较低的高阶干扰分量则主要对敌方形成压制式的密集假目标群欺骗干扰。
步骤5:接收同步混叠回波信号,对其进行脉冲压缩和CFAR检测。需要注意的是,本发明由于截获了敌方LFM信号,知悉其参数,因此可使用与敌方相同的匹配滤波器。对接收信号使用敌方LFM匹配滤波器进行脉冲压缩处理得到,对/>进行CFAR检测。
步骤6:辨识敌方LFM信号并抑制。基于检测结果,计算相邻目标间的间距,若一目标与前后目标的间距不为式(5)中计算的的整数倍,则该目标判定为敌方LFM信号,并将/>中以检测点为中心的前后一段时间置为噪声信号,实现抑制。
步骤7:恢复重构抑制后的一体化信号,对其进行相位解调和匹配滤波,最终实现雷达探测功能。对抑制后的进行逆LFM匹配滤波恢复重构,并对重构的信号进行相位解调,即乘以与调相脉冲串相反的/>,最后对解调结果使用 LFM匹配滤波器进行脉冲压缩。
需要注意的是,本发明中由于系统处理时延的存在,/>中的敌方LFM峰值与己方一体化信号的峰值可能会出现部分重叠,从而影响抑制的结果。因此需提前根据系统处理时延/>对调相编码序列N进行调整,使/>中单一的敌方LFM峰值与一体化信号的峰值错开。
如图1所示,本发明所述的探测相干干扰一体化信号波形设计与接收处理方法,首先是根据敌方信号获得探测相干干扰一体化信号,接着发送一体化信号到达敌方处形成相干干扰,最后对接收的回波信号进行辨识和抑制实现雷达探测功能。具体来说,探测相干干扰一体化信号是对截获的敌方LFM信号使用长度为N的二相编码序列进行相位调制得到,并且在侦测到敌方LFM信号时经一定系统处理时延发送,因此与敌方LFM信号在时域上有部分重叠,将两者合称为同步混叠信号。同步混叠信号经传播到达敌方后,在敌方处形成假目标和假目标群干扰。当同步混叠信号返回己方时,由于一体化信号与敌方LFM信号混叠,敌方LFM信号会对我方形成干扰,因此根据先验信息对同步混叠信号中的敌方LFM信号进行辨识和抑制,实现雷达探测功能。
如图2所示,在截获敌方LFM信号后,获得其参数,进而生成一LFM信号。设计一个长度为N的二相编码序列,根据先前截获的敌方LFM的脉宽,生成子脉冲脉宽为/>的调相脉冲串。将两者相乘即可得到本发明所设计的探测相干干扰一体化信号。
如图3和图4所示,本发明所述的探测相干干扰一体化信号(调相编码序列长度N分别为10和50)与敌方LFM信号构成的同步混叠信号(假设此时无系统处理时延)到达敌方处时,一体化信号在敌方处形成假目标及假目标群相干干扰。由于相邻两阶假目标的峰值点间距与调相编码序列长度 N正比,即越长的调相编码序列产生的假目标群越稀疏,因此图4与图3相比假目标群更加稀疏。实际工程当中需要根据系统处理时延及需要达到的干扰效果提前设计调相编码序列的长度N。
如图5所示,当同步混叠信号返回到己方处时,如果直接对接收的信号进行相位解调和LFM匹配滤波,则由于敌方LFM信号的存在,其相位解调后波形与一体化信号波形相似,会对己方造成与敌方处类似的干扰。因此在己方处需要根据已知的先验信息对敌方LFM信号进行辨识和抑制,以减少其对己方的干扰,其具体步骤如下:
Step 1:接收同步混叠信号。
Step6:对重构的信号进行相位解调。
Step7:对解调结果使用 LFM匹配滤波器进行脉冲压缩,实现抑制。
如图6和图7所示,本发明所述的探测相干干扰一体化信号(调相编码序列长度N分别为10和50)与敌方LFM信号构成的同步混叠信号(假设此时无系统处理时延)返回己方处时,通过使用图5的接收处理方法,敌方LFM信号对己方产生较大干扰的两侧主假目标和其余次假目标均不同程度的被抑制。所需的主瓣目标峰值由于辨识抑制时一体化信号与敌方LFM信号的部分重叠出现了较小的损失(可忽略),整体抑制后的脉压结果近似于理想的LFM脉压结果,因此对抑制后的脉压结果进行后续处理,即可很好的实现雷达探测功能。
接下来利用仿真数据对本发明提出的基于线性调频信号的探测相干干扰一体化信号波形在敌方处的干扰效果及在己方处的接收处理实现效果进行进一步说明。
当时,同步混叠信号在敌方处脉冲压缩后的效果如图8所示,可以看出由于处理时延/>的存在,与理想的干扰相比相应的有/>的滞后,但由于/>,因此-1阶主假目标仍超前于真实目标。如图9所示,当/>时,由于一体化回波功率比敌方LFM回波功率大5dB,与图8相比可以看出一体化信号各阶假目标峰值增大了5dB左右,使得图9中的主假目标峰值高于真实目标峰值,且其余假目标群峰值也相应的提高,对真实目标的检测造成干扰。
当时,同步混叠信号在己方处经相位解调和脉冲压缩后的效果如图10所示,此时敌方LFM产生的干扰与理想干扰相比有/>的超前,敌方LFM形成的主假目标干扰峰值在抑制后降低了10dB以上,其余假目标峰值均有不同程度的明显降低,使得抑制后的敌方LFM信号不再对己方产生干扰。如图11所示,当/>时,由于一体化回波功率比敌方LFM回波功率大5dB,与图10相比可以看出敌方LFM信号形成的假目标峰值(抑制前)均降低了5dB,即增大己方一体化信号的功率能使敌方处受到的干扰增强,使己方处受到的干扰减少,同时提高了干扰和雷达探测的性能。总体来看,本发明提出的探测相干干扰一体化信号仅需比敌方信号到达己方时的功率大5dB左右即可具有较好的干扰和雷达探测性能。由于该一体化信号同时实现了两种作战功能且增大发射功率可同时提高干扰和雷达探测的性能,因此对功率的要求较小,可充分的利用平台有限的资源。/>
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