（电路与系统专业论文）相参雷达的信号处理与相干性干扰的研究.pdf

掏鬃 摘要 相参雷达的出现使得传统干扰能力下降，因此干扰也转向相关性方面的研究。 零文讨论了p d ，s a r 等橱参霉这痿号处纛过程，该过程髓奏效羼蔽簿与露波攘警 棚位无关的予扰信号，通过傍囊该过程，产生霹标的一维，二维图像；然后建立非 相干性干扰和相干性干扰的理论模型，蕊中采用非相干噪声调制的午扰属于f 相 于干扰，藕相干性干扰包括用移频移相产生的压制性平扰和采用d r p m ，延迟等蠛 籀淫臻技术产熬静莲翎往戢欺骗往于撬，分鞠霹它霞】滋褥仿囊、魄较，著分辑芟予 扰效果。由予噪声干扰与雷达回波信号相位相参性很小。并且雷达惰号处理过程又 聚用距离，方位向的匹配滤波，相参积累等处理方法，所以干扰能擞较分散：而相 予辣砖串形成戆篷裁往予挽秘缓嚣标予挽等羧骧予揽怒在霍达发射信号熬基础点 遴行调制，其功率谱也有类似雷达回波所其有的聚敷髓的特点，从掰产生较好的予 扰效果。最聪总结常用的干扰评估方法，并定量的分析一下s a r 的千扰效果，提 滋几条有效的干扰评估准则。 荚键词：相参雷达p d 雷达s a r 相干性干扰干扰散果 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ea p p e a r a n c eo fc o r r e l a t i v er a d a r sm a k e st h ej a m m i n ga b i l i t yo ft r a d i t i o n a l j a m m i n gt e c h n i q u e sw o r s e s ot h ed i r e c t i o no fj a m m i n gs t u d yh a sb e e nc h a n g e da n d t u r n st ot h ec o r r e l a t i v es t u d y f i r s t l yt h es i g n a lp r o c e s s i n gi sd i s c u s s e di nc o r r e l a t i v e r a d a r ss u c ha sp dr a d a ra n ds a r t h e yc a nr e s t r a i nj a m m i n gs i g n a l sa n dc l u t t e r sw h i c h a r ei r r e l a t i v ew i t l lt h er a d a re c h o e s b yt h es i m u l a t i o nt a r g e t s i m a g e sc a l lb eg o t t h e n t h ei r r e l a t i v e j a m m i n g a n dt h ec o r r e l a t i v e j a n 燃i n g m o d e l sa r eb u i l t u p t h e n o i s e - m o d u l a t e dj a m m i n gb e l o n g st oi r r e l a t i v ej a m m i n gw h i l ec o r r e l a t i v ej a m m i n g i n c l u d e ss u p p r e s s i v ej a m m i n g p r o d u c e db yf r e q u e n c y - s h i f t ，p h r a s e - s h i f ta n df r a u d u l e n t j a m m i n gp r o d u c e db y t i m e s h i f ta n dd r f m t h e s ej a m m i n g t e c h n i q u e s a r e s i m u l a t e d ，c o m p a r e da n d t h em n a l y s i so ft h e i r j a m m i n g e f f e c t si sm a d e 。a st h er e s u l to f t h e p r o c e s s i n go fm a t c h i n gf i l t e r i n gi nr a n g ea n dc r o s s r a n g ea n d t h el e s sr e l a t i o n s h i p b e t w e e nn o i s ej a m m i n gs i g n a l sa n de c h o e st h ee n e r g yo fj a m m i n gi s d i s p e r s e d b u t c o r r e l a t ej a m m i n gi st om o d u l a t et h er a d a r st r a n s m i t t i n gs i g n a l sa n dc a nm a k e g o o d u s eo ft h ej a m m i n g e n e r g y a tl a s ti ti ss u m m a r i z e d t h a tt h ew a y st oe v a l u a t ej a m m i n g a r eo f t e nu s e da n daf e w e v a l u a t i n gr u l e sa i m i n g a ts a r a l e p u tf o r w a r d k e y w o r d ： c o r r e l a t i v er a d a rp dr a d a rs a rc o r r e l a t i v ej a m m i n g j a m m i n g e f f e e t 创新性声明 y6 9 5 3 1 9 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人报证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容；可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名；7 丛盘。 翩签名；逖 第一牵绪论 第一耄绪论 1 1 本文的背景及意义“3 雷达诞斑鼍：二战中，胍那时起，藏岛国漪密切不可分。旱龋酌雷达只是一个 光线电的检测和测距装置，称为平面位蹩指示器( p p i ) 系统嘲，测绘上只是用来 测距和测高，是非成像系统。 由于战争的需要，为+ 隘丘雷达发蠛毯标，壅瑗了最军用来对抗雷达鹣方法， 是向雷达发射与之同频率的噪声调制信号，雷达屏耀上会布满亮斑，使雷达无法 检测到飞机的存在。这种鼹达于扰称为噪声干扰。海湾战争开始前，多国部队向 伊军霉达发瓣大磅率骥声予抗，镬参军鬟达霉慕上毽瑷一鸶霉花蹇麓，无法探壤l 。 c i i c - 2 苏联制造的一款噪声幅度调制予扰机，功率4 0 0 w 带宽1 5 m h z ；美国研制 的a n a l q - 7 2 和a n a l q - 8 7 都是噪声加固定信号调制的大带宽台成干扰机，功 率可以达凡露甚至凡千瓦。该系统可以予扰火控霍这秘剃导雷达，霭不能于扰颥 警雷达和寻鹈露达。 继而，腹干扰技术继续发展，从五十年代末到六十年代末，出现了超高频电 子管和大功帛宽带微波电子管，以及盾来的半导体器件和数字电路，研制出凝的 鬻达系统，魄翔线往蒙搴调潮馥渖霉达，稿位编弱躲、辟雷达，旅潦多善赣雷这等 相参雷达系统。都具有很强的反干扰特性。它们有了新的特点：放大发射部分 采用相关技术，动目标显示，数字动嗣标显示和恒艘警处理( c f a r ) 等等，并且采 躅了蒙率压缀，频率捷交粒窄豢抗嗓声菝率诿裁予挽瞧路等抗予挽按零。 从7 0 年代至q 现在，优化理论运动到雷达中，出现了自适应m t i 和m t d ( 改磐 了m t i 中回波在杂波中的阿见度) 。而信息论在雷达信号处理领域中的应用和高速 数字处理器传豹出现，以及现代信号处理的不断发鼹，导致了商玲辨成像雷达豹 诞生与发震。这便得久稻够在雷达屏幕上看到了嚣弥静霞稼。成像霉达的出瑗 使雷达具有了对运动目标、地面目标进行成像和识别的能力，并谯微波遥感应用 方面表现出越来越大的潜力。其成像的根本原理是剽用各种方法提高雷达的分辨 率，镬其分辨攀元茨足寸逡远枣子嚣橛熬尺寸，麸穗霹毯褥劐嚣搽戆缓羧镶患， 形成目标的徽达图像。合成孔径雷达一般利用发射大的时宽带宽欷的线性调频信 号来获得较商的距离像分辨率，利用雷达与目标的棚对运动产生镣效的大孔径米 获褥较高豹蠢傻向分辨率，从露获得爨掭兹亳分辨躐像。 可霓，穗参雷达与楣参雷达信号赴璞楚雷达发袋的重要趋势，瓣蘸国乡 在磷每 攘参露迭镶号处理与相干牲予扰於研究 现役的主要雷达均为相参雷达，其发射信号采取线性调频或相位编码信母，典型代 表如：s a r 雷达、p d 雷达、埘i 、m t d 雷达等，信号处理部分采取与发射信号相关 的距离向成躐离方位向脉冲压缩技术以及相参积累等相参处理方法，因此对相参 雷达的干扰是雷达对抗的重要任务。 佟统的遮箍性干扰主簧采用非相参噪声调制的干扰信号，干扰功率谱较宽，能 董分散，相对于谱能誊集中的目标回波信号遮盖性能很菱：一部分欺骗千扰信蟹 龟不能骰捌与雷达信号稻参，对相参雷达的欺骗效聚也很不理想。解决上述问题 韵重簧途径楚健予抗信号能够与被千扰韵雷达信号其有定的稻关伎，从而既可 提裔干挠翡功率誉j 用率，也毹够提高歉骗的遥真浚。 1 。2 本文辫做的工作 本课题来源予+ 聂国家联硬资助颂髫，圭要麟寰蟪参雷达信号处理及相午性 予拢的效果分板及其谖毡准则。本文艨l 数的主要王传如t ； ( 1 ) 阐述露达秘_ 于拢的发展状况，以及对相参霍达秘耀母性于扰进行礤究的 背景和意义。 ( 2 ) 简单分缨p d 雷达傣号处理的过程，分提会成孑l 经霉达成像原理等烟参 雷达的信号特点，信号处理过程，建立楣参雷达处理模型，并以此为基础进行楣参 雷达的信号处理过程的仿真。 ( 3 ) 阐述干扰的种类，分析产绒原理。 ( 4 ) 提出相关性干扰的定义，分别对目标的一缎，二维像进圣亍干扰仿真，并 且分析、对比相关和非相关干扰对相参雷达的干扰效果。 ( 5 ) 最后总结常用的干扰评估方法，并定量的分析一下s a r 的= f 扰效果，提 出几条有效的干扰评估准则。 第二章相参雷达与相参雷达信号处理的研究 第二章相参雷达与相参雷达信号处理的研究 现有雷达大多采用大的时宽带宽积信号。因为雷达的作用距离分辨率和速度分 辨率分别取决于信号的带宽和时宽，那么要获得较高的距离分辨率和速度分辨率就 要求增加信号带宽和时宽。同时要提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离， 并且在接收时采用相应的脉冲压缩技术，获得窄脉冲，以提高距离分辨力。常见雷 达有p d 雷达，合成孔径雷达等。 2 1p d 雷达信号处理 p d 雷达强：是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。它具有足够高 的脉冲重复频率，能实现对雷达信号脉冲串频谱中单根谱线滤波并能对杂波或目 标速度进行无模糊分辨。发射信号具有大的时宽带宽积，收发天线具有高的天线 增益和极低的天线付瓣，并且采用了脉冲压缩技术、m t i 、m t d 、相参积累等处 理技术。但是由于重复频率很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 p d 雷达信号处理各子模块处理过程”。如下图所示： 输入信号 数据处理 _ _ 。碌再压缩l 叫杂波对消h 滤波器组h 幅度检测h 恒虚警h 判决卜_ + 图2 1脉压+ m t d 体制p d 雷达信号处理框图 杂波处理模块对杂遮进行抑制或衰减，对于不同的重复频率采取不同的处理 过程，多普勒滤波器组实现了速度分辨和精确测量，自动检测，恒虚警和判决模 块则是完成虚警率一定的条件下，目标的自动检测和判决。以下几节从分析信号 类型开始，逐个介绍p d 雷达各部分的组成，及其信号处理过程。 2 1 1 线性调频信号的脉冲压缩处理和旁瓣抑制 线性调频信号的脉冲压缩技术， 件下，充分利用发射机的平均功率， 矛盾，同时提高了信号的处理增益。 行加权处理。 其显著特点是，在发射机峰值功率受限的条 较好地解决了雷达作用距离与距离分辨率的 但是压缩滤波器输出旁瓣较高，需进一步进 s ( r ) = 爿茔r e c t ( t - n t , ) e j ( 屿( 卜一) + p ( f _ 一n t 2 t 1 2 = 7 ；r b t 2 l ( 毒露会远大予1 ) ，剃链诗酶矗存在v 戆模猢阕瑟为魏， 可结合前面包络相关的结果作去模糊处理， 最麓得到牵鸯确韵无模糊豹多酱勒串心额率为， 磊= p r f - r o u n d 矗姆p r f 】+ 氏。，( 2 - 2 - 9 ) 这里p i 蹬为脉冲撞复频率。 2 。2 。3 多普勒调频率镳诗 羁瘸子孑l 绞摇关方法 鑫诗调频率是s a r 孛长翔戆方法。这墼我霞j 对簿令子魏 径采用d e c h i p 方法压缩。 箜三童塑查重鲨墨捐参雷达信号处理的研究 i1 设方位信号为j ( r ) = 口( r ) 一2 “5 ”2 ，采用调频率初始值石解调频，傅立叶变换 后，前半部分孔径的谱为， s , c j o = l 。( ，) p 埘2 e 讲f ，出( 2 - 2 1 0 ) 后半部分孔径的谱为， 岛( 门= r s o ) e 一，t 舻e 一，2 删出 ( 2 2 - 1 1 ) 如果前后半部分孔径的谱重合，则初始调频率b 。等于l 。如果两谱之间有移 动量，则由两谱之间的频率差f ，可得到k 的估计= a f r 。由此可得该距离单 元方位信号的估计调频率乞= + 。实际信号是离散，假设方位重复频率为 p r f ，方位信号采样点数为n ，前后半部分孔径的谱之间移动为竹点，则k 的估 计k = 4 p i 江2 2 血。具体算法流程见下图。 原始数据 距离压缩 前孔径信号 方位f f t 调频率k 构造参考信号 初始值： k = 2 v 2 加。 更新值： k ；k + k 两视图像相关 估计移动量a x = 譬出 多普勒频率输出 后孔径信号 方位f f t 图2 - 8 多普勒调频率估计流程 在下面的成像聚焦处理中必须考虑多普勒调频率随距离的变化。 2 2 4 结合运动补偿的r d 实时成像方法四1 雷达是以快时间，( 相当于斜距) 和慢时间( 相当于方位) ，来录取数据的，对 1 2相参雷达信号处理与相干性干扰的研究 条带式成像应以航线为方位轴( x ) ，而以其垂直轴为距离轴( ，) ，并用条带场景中心 线为参考线( 如图2 - 7 ) ，参考线与航线平行，其距离为r 0 。随着载机运动，场景上 任一散射点q ( r ，工) 的斜距变化方程为， r ( t 。；，) = ，2 + ( w ，一v t 。一x ) 2 = r 2 + ( v t 。) 2 2 r v t ，s i n 3 + x 2 2 ( v f 。一v t 。) x( 2 - 2 1 2 ) r 为q 到航线工= 0 的距离，图2 - 7 中丑点的横向时间f 。和斜视角以及垂直距离r 的关系为， t c ：坐业( 2 - 2 1 3 1 v 将，。代k ( 2 - 2 1 2 ) 式，泰勒展开。得， r ( 。；，) = r - v s i n ( 。一争+ ! 孚( 。一2 + 兰学( 。一争2 ( 2 。2 1 4 ) 雷达接收得到的点目标q 的基频信号在此距离时间方位时间域( - t 。域) 可写 为， 币一咖q o x p m ，一塑字肿愕m ( 2 - 2 - 1 5 ) 式中a r ( ) 和a a ( ) 分别为雷达l f m 信号的窗函数和方位波束窗函数，前者在未加权 时为矩形窗，后者与天线波束形状有关，表示波束对回波幅度的调制。距离压缩 匹配函数为， s r e f , ( h = 口，( f ) e x “归七，f 2 ) ( 2 - 2 1 6 ) 由于散射点的距离走动为， a r = v s i n p ( t ，一勺 ( 2 - 2 1 7 ) 距离走动率由在估计多普勒中心时，通过包络对齐方法估计得到。距离压缩结果 为， j f ，。；r ) ：i f f t f f t s ( f ，f 。；r ) 】f f t 【嘲( ；r ) p ( 一- ，4 石业当门) ( 2 - 2 - 1 8 ) 根据( 1 8 ) 式和( 2 1 ) 式，距离走动校正，距离压缩后，方位处理的相位项为， 印 一一y 4 1 。f , 姚 = e ) 【一，和) ( 2 - 2 - 1 9 ， r ( t ，；r ) 分解成两部分，一是零时刻距离只( o ；，) ，二是走动距离从( f 。；r ) ，即 第二章相参雷达与相参雷达信号处理的研究1 3 r ( f ，；r ) ；尉o ；r ) + a r ( t 。；r )【2 。2 。2 0 ) 瞬时距离走动率： r w r ( ：笺堕( 2 - 2 2 1 ) 瞬时多普勒频率，分成两部分：零时刻多普勒频率，以及和零时刻的偏差： 厶( f 。) ：一了2 d a = r - ( t m ) ：厶。+ ，：( f 。) ( 2 - 2 - 2 2 ) “l “ 瞬时调频率，也分成两部分：零时刻多普勒调频率，以及和零时刻的偏差： = 掣= 掣吨+ 蝴。) ( 2 - 2 - 2 3 ) 我们是采用将后数据分成多个小段，通过2 2 2 节多普勒中心估计和2 2 3 节 多普勒调频率估计方法，将各小段多普勒参数估计出来，然后通过曲线拟合，得 去各个时刻的瞬时多普勒参数。之后将( 2 - 2 - 1 9 ) 式，方位响应函数写为： 酊 ；小- e x 一，等踯) = e x 一，等c 即；，+ 艄r ) ) = e x p ( 一j 4 j r r 、0 ；，) + j 2 石兀。+ _ ，厅b 。，2 + 2 厅rf 。a 屯( r m y 2 f m ) ( 2 - 2 - 2 4 ) 方位脉压参考函数用零时刻多普勒频率和调频率构造： 盯吮阮；r ) = e x p ( 2 硝f d o t 。- 弦如o ) ( 2 2 2 5 ) 其中k ，。是随距离变化。 需要补偿的相位校正函数为： a o ( t ) = 2 a tf 。f 叱( f ，w 2 ，m ( 2 - 2 - 2 6 ) 方位压缩后获得s a r 图像，其处理过程为。 j f ，t m ) = i f f t f f t s ( ? ，t ；r ) e x p ( 一_ ，o ( 0 ) ) 】f f t t s r e 孵( k ，) 1 ) ( 2 - 2 - 2 7 ) 根据驻相原理，f f t s r e f o ( t ，；，) 】可直接写成， f f t s r e f d “；r ) 】= s r e f ：( f ；r ) = e x p ( j 衫f 2 一历o x 2 i r f ) ( 2 - 2 2 8 ) 整个结合运动补偿的r d 算法流程如下： 相参雷达信号处理与相干性干扰的研究 图2 - 9 r d 算法流程 2 3s a r 、p d 雷达建模与仿真 2 3 ip d 雷达处理的仿真 仿真中取l o 个脉冲，f c = i g h z ，b = l o o m h z ，t = 1 0 1 l s , x c = 2 0 0 0 m ，脉冲重复频率 p r f = - 5 0 k h z , i 标为静止目标，有四个强反射点，蔟位置及幅度为：x = 1 9 7 5 2 0 0 02 0 3 5 2 0 3 6 m ，f ( x 产 o 1 l0 50 5 】：原始信号回波阂像如下图所示： 呻“箱童h 叫尊i n r _ 哪o b e f o r ep a s s i n g8 舯d 中黼s f m e r 图2 - l o 原始雷达回波信号 经过带逶滤波器缀，傣号频谱圈为( 2 i 2 ) 意图掰示，继覆避 亍嚣配滤波，溷 波距离像嚣像翔下圈翳示： 潍 帖 旺 。 毒葛葺 第二章相参雷达与相参雷达信号处理的研究1 5 图2 - 11 经脉冲压缩的目标图像的一维距离像 经相干脉冲积累，回波时域图像为( 2 ，1 2 ) 右图所示： 甩l n 驴。m e t w s 图2 1 2 左：经带通滤波器的信号频谱右：经相干积累后的回波距离像 由于现在信号采取大的时宽带宽积，原始目标回波时域图像各脉冲间互相交 叠，看不出脉冲峰值的位置经匹配滤波处理，回波压缩成明显的1 0 个窄的脉冲 峰，又经相参积累，呈出清晰的目标一维距离像，可以发现目标的位置和计算其 速度。 2 3 2s a r 雷达处理的仿真 静止点目标的二维像，目标位置：( 8 0 0 0 m ，- 5 0 m ) ，( 6 0 0 0 m ，一1 2 0 r e ) ，( 1 0 0 0 0 m ， o m ) 。( 8 0 0 0 m ，l o o m ) ，( 8 0 0 0 m ，6 0 m ) ，脉冲重复频率p r f = 1 2 5 h z ；波长x2 0 2 5 m ； 多普勒调频率“= 1 0 2 h z s ；j k k 宽t = 1 0 5 s ；飞机运动速度v2 2 5 0 i i l ，s ；采样频率f s2 1 2 1 0 7 h z ；场景中心线到飞行航线的距离r 0 = 5 6 5 3 m ；距离分辨率a r 2 e ( 2 f s ) 天线长度l = 4 m ：原始信号图像如下图所示： 圈2 1 3 原始回波信号的图像 经距离向压缩后，3 祭缀宽的带状图像，变为3 祭很细的直线，如下图所示： 1 1 一 。 j 、 ： 。 1 、 1 2 鞠2 1 4 d 眦ap a 3 恻0 0n r g e 4 锄咖 经距离囱压缩螽豹接号爝豫 s 鼬打i 嘲ev i 羞f e b t i m e a n d s l o w a i m e c o m p r e s s e d f h r 啊 r a 删嘲 凿2 1 5 经方位向压缩盾的信号霉像 稀 d勋i泌ui h毛a鼍o evslku 第二章相参雷达与相参雷达信号处理的研究1 7 原始图像中，存在目标的区域，成带状，而且较宽，根本不能确定目标的位 置和个数，经距离向压缩后，存在目标的地方出现一条直线，可以从图上判断出 在距离向上目标的位置，但是方位向仍然很长，不能确定，最后经方位向压缩， 点目标显现出来，方位向的位置也随之可以确定。 动目标的二维像。目标位置：( 8 0 0 0 m ，- - 5 0 m ) ，( 6 0 0 0 m ，0 m ) ，( 1 0 0 0 0 m ，1 0 0 m ) ， ( 8 0 0 0 m ，- 15 0 m ) ，( 8 0 0 0 m ，6 0 m ) ，其( 6 0 0 0 m ，0 m ) 位置的点目标以速度v = 5 0 0 m s 匀速运动，运动方向和机载雷达运动方向一致，经m t i 和距离向，方位向匹配滤 波处理的动目标图像如下所示，静止点的图像同上图，动目标图像呈现一条直线。 m d t 一口d s - n s g bv i af a s t - t i m ea n ds l o w - t i m ac 射髓盘蝴心甘峋 图2 1 6 经距离方位压缩处理后的具有动目标的= 维像 2 4 相参雷达信号特点及其信号处理的模型小结 1 相参雷达有准确的时钟信号，接收信号的相邻脉冲之间有很强的相关性， 相位连续变化或准连续变化。 2 在信号处理过程中，匹配滤波器也与雷达发射信号相位严格相干( 有时雷达 受气流，震动和运动等的影响，实际参数可能与要求的参数有一定差别，因此， 为了能很好的进行压缩滤波，滤波前利用接收到的回波对多普勒中心以及调频系 数进行估计) 。即接收信号经匹配滤波后，相位得到补偿，将所有脉冲串拉成具有 相同相位值的信号，并且保留与发射信号相关的信息，与之不相干的信息不会像 目标回波一样具有聚敛性。如果与发射信号不相干的脉冲串杂波或干扰信号进入 接收机，经匹配滤波后，能量分散。 3 脉冲串进行相干积累，由于经匹配滤波后，所有脉冲串具有相同的相位信 息，叠加后，大大改善了信干比。 第三章相干性干扰的原理及建模1 9 第三章相干性干扰的原理及建模 雷达是通过对回波信号的检测来发现目标并铡量目标的参数信息，而干扰的 目的是干扰雷达发现和识别目标的能力。根据干扰源不同，干扰可分有源干扰和 无源干扰两种类型。由于雷达处理过程中采用了相关技术，传统干扰机产生的非 相干的干扰信号经匹配滤波和相参积累等相参信号处理过程后，其功率谱没有信号 处理后所具有的高度聚敛性。因此，有必要采用相干性干扰。相干指干扰信号和 雷达发射信号有相关的相位信息，可以模拟雷达真实回波信号，这样干扰和真实 回波信号一起进入到接收机中进行匹配压缩处理，积累，成像，使雷达难以确定真 实目标的位置。干扰方式有压制性干扰，欺骗干扰，与传统的干扰方式所不同的 是采用数字射频存储技术( d r f m ) ，对雷达发射信号进行存储，处理( 时移，频 移) ，转发，保证干扰信号和所干扰的雷达具有严格的相关性。 3 1 干扰样式“叩概述 1 瞄准式干扰 其要求满足：f j = ，觚= ( 2 5 ) 蛆，采用瞄准式干扰必须首先测得雷达信 号载频f s ，然后把干扰机频率f j 调整到雷达频率上，保证以较窄的干扰带宽蛳覆 盖雷达带宽a f , ，这一过程称为频率引导。这种干扰样式的优点是在内干扰功率 强，缺点是对频率引导要求高，有时甚至难以实现。瞄准式干扰机发射连续的辐 射噪声，因此发射的有效干扰机功率时其峰值功率。噪声能均匀分布于整个成像 带。对成像的干扰效果是在距离像上出现延伸状态的斑点。 2 阻塞式干扰 阻塞式干扰亦称宽带干扰，阻塞式干扰以连续的方式发射干扰，干扰一般满 足：, f j ) 5 a f , ，【f j - f j 2 ，f j + a f j 2 。可见其对频率引导要求低，干扰带宽相对 较宽，可以用于干扰频率捷变雷达。对于窄带雷达，其频谱失配系数k j 可以为一 2 0 d b 数量级，但对于高分辨成像雷达可在- - 6 0 d b 数量级，可见其缺点是有效干扰 功率低。干扰机噪声均匀分布在整个成像范围，其效果是图像呈现为斑点状。阻 塞式干扰噪声遮盖了整个雷达距离带宽及可能的多普勒频率范围。雷达对千扰噪 声进行处理后，图像中呈现斑点的大小与距离、方位单元的数量级相同，且由于 大量噪声的非相干迭加，使干扰噪声间的密度区域平滑。因此，从干扰功率及干 扰效果来考虑，对s a r 雷达干扰的主要干扰样式是瞄准式噪声调频干扰。 3 随机脉冲干扰 捃参嚣遮信号娃理与横千性干扰的磷究 雷达接收机内出现的时域离散的、非目标回波的脉冲统称为脉冲千扰。而随 机脉狰子撬的予扰辣i 孛蝠度、宽度和间隔等浆些参数或众部参数是陵枫交织豹。 当脉冲平筠闯隔辩阔小于雷达接收梳的暂态响应时闻辩，中放的输漆使这些随机 脉冲响应相互熏藏，其概率分布接近于高斯分布，且干扰效果与噪声调频干扰相 近。因为干扰机发射脉冲的间隔是随机的，所以这些噪声可出现在躐离图像的任 一舔分，著在辩城孛薅霆够爨豹样本遴季亍黢察辩，对应予菜令尝本噪雾熬洚将占 据熬个距离图像。方位处理器音巴一个合成孔径长度内的所有样本的噪声功率迭加 相加值与干扰机的平均噪声功率成正比。脉冲干扰机的噪声分布于整个距离图幅， 斑淼貔足寸与黢壤式于扰一榉，在距离上掇鸯扩展。但焚于扰熬班点燃醛准或阻 塞带扰的班点桶院较，亮度窝仡更明显，这楚因为菲相干迭加的嗓声样本数疆少 了，从而降低了多重观察的平滑效果。随机脉冲干扰在蒋通雷达中能产生大量的 虚假强标，丽在合成孔径雷达中只能产生噪声。 4 。转菱予拣 千扰机截获黼达信号，将收到的信号放大并经移频，时延调制熏新发送出去， 则会在雷达不同的距离单元上产生虚假的翻标。由于s a r 的发射信号为线性调频 蓿霹，该信号在多瞢赣频率秘鞭褰囱存在强魏藕合频率调载，将捷予貔售号证子 网波信号的前后，或随机晃动增加了图像的模糊。当转发干扰脉冲程时闯域上重 复，$ a r 的图像在距离向上将出现分段模糊的现象，这是因为s a r 发射脉冲宽度 宽，转发式干扰枫一般只能农脉冲宽度内转发一个干扰脉冲，尤其在应用数字射 频式转发干扰霹，转发速度凌定子双霹r a m 的读出蘩弩遴率。 5 合成假目标干扰 产生雷达假霸标的模拟方法包括：1 ) 声电荷传送器件a c t 抽= 5 k 延迟线的方 法；2 ) 竞纾攒凝延透线法。这耱a c t 设备不毽现在没骞亵蘧豹，褥怠还受豢赛 限制，因此用1 ) 对抗大带宽成像雷达交的不现实。光带设备对制造商而言体积大 和成本高，尤熟是用长延迟线方式产生个像现代军舰大小的假目标图像时更怒 鲡越。然恧，剩用数字技术人王合成雷达缎强标图像所篙的方程式釉算法在最近 秃。年发震起来了。随着现代僚号处理技术釉先进的大瓣穰集成电路( v l s i ) 隶选 技术的发展，可以用数字方法合成一个真实的雷达假目标图像，甚激予产生一个 诸如飞行器一样大的军舰。 3 2 噪声干扰1 的产生原理与信号描述模型 遮盖性于扰主要曩i 于搜索，跟踩状态躺霍达，主爨是噪声调剖予扰，也包括 密旋缀离的杂鬣躲猝干扰。 窄带高斯囱噪声干扰： 广1 广 r 一1 叫线性系统ih 非线性系统h 线性系统hi 。一 _ 。_ - _ _ - - _ _ _ _ _ _ - 一 图3 - 1 射频噪声干扰的产生模型 光有干扰的情况： 干扰功率谱密度为： g j ( f ) = 暑，l ，一f - 嵋7 - ( 3 - 2 1 ) 带通滤波器理论模型： j 只( ) j = 1 ，l 一z 竿( 3 2 2 ) 式中，与，f ；分别为干扰和中放的中心频率，a l ；，t f f , 分别为干扰带宽和雷达接收 机带宽，刃为j ( t ) 的平均功率，砰为检波器输入噪声的平均功率。根据线性系统 理论，中放输出的干扰信号仍为窄带高斯噪声，其功率谱为： q = 旧( ，) 1 2 g j ( f z ) = 导，f ，一z l 譬 ( 3 2 3 ) 从而可求得中放输出的干扰信号的相关函数】， 皿( r ) = 凡c o s 2 芹f r d f = 等，i j z f s 竽 ( 3 4 4 ) 0a r 上 通过检波，输入信号大时，近似为线性检波。信号小时，为平方率检波。 u o = 虬，o 或u 。= 等“；，q 0d j = 瑶砰( 3 2 5 ) 以线性检波为例，输出噪声概率分布为： n ( 虬) = 告e 一可，虬o 为瑞利分布( 3 - 2 6 ) 相关函数： e ( r ) 一三一【l + 掣】，g v ( ，) = 砸溆，) + 蔫( m 一力，。s ，研 ( 3 _ 2 - 7 ) 干扰的带宽比中放的带宽大的多。 考虑干扰和信号同时存在的情况，嗓声输出：，( ，) = ( f ) c o s 她h ( f ) 】，u , ( t ) l i t 从瑞利分布，相位妒( f ) 服从 o ，2 玎】均匀分布。 相参雷达信号处理与相干性干扰的研究 信号：s ( r ) = u c o s o d , ( o ，信号幅度为0 时，合成幅度退化成瑞利分布，当q ，q 变 大则逐渐过渡为高斯分布，当u q 1 近似为以以为均值盯2 。为方差的高斯分布。 干扰效果受到影响的几个方面：干扰波形不是高斯噪声，接收机采用抗干扰 技术，比如，相干积累信号处理技术，脉冲压缩技术，检测时有大量的积累经验。 噪声调幅干扰：，( f ) = 【+ 以( f ) 】c o s p + 纠，玑( f ) 为零均值，方差一，在 区间卜，o o 】分布的广义平稳随机过程，妒为【o ，2 石】均匀分布，且为与( r ) 独立的 随机变量，u o ，i 为常数。 中放输出的干扰信号的相关函数： 岛( f ) = 二【簖+ 玩( r ) c o s r ( 3 28 ) e ( f ) 为调制噪声的相关函数。 噪声调幅信号的功率谱为： g ( 厂) = 譬占( ，一乃) + 丢g i ( 乃一，) + 丢g 。( ，一乃) ( 3 - 2 - 9 ) 起遮盖作用的主要是旁频功率。提高干扰效率一是提高载波功率，二是加大 调制系数。 不足在于，与最佳干扰信号比较，噪声调幅干扰的中放输出特性一般不服从高 斯分布，其性能不如射频干扰，选择适当的干扰参数减小其与最佳干扰的差别， 噪声调幅干扰中载波的影响，改善了干扰效果。 噪声调频干扰： ， j ( f ) = u ，c o s t + 2 x k 刚 u ( t 3 d t + p 】 ( 3 - 2 _ 1 0 i ( ，) 为零均值。广义平稳的随机过程，伊为 o ，2 x 】均匀分布，且为与“( ，) 独立 的随机变量，u j 为噪声调频信号的幅度，叫为噪声调频信号的中心频率，k f m 为 调频斜率。 v t 2 o - 3 ( f ) 相关函数：b j ( r ) = - 。7 - p 2 c o s ( d j t ( 3 2 - 1 1 ) 盯2 ( f ) 为调频函数2 x k e e ( t + r ) - e ( t ) 】的方差，为： 盯2 ( f ) = 4 x 2 2 j 【2 见( o ) 一芝( f ) 】 其功率谱表示式为： q ( ) ：町【4 - * o c o 。( q 一如一华d r + 了c o 。( q + ) 。a z r ( r ) d r 】 r 3 - 2 - 1 2 ) ( 3 - 2 一1 3 ) 第三章据予性予撬静擐理及建摸 噪声调相干扰： j ( f ) = u j c o s t + k “o ) + 妒】( 3 - 2 - 1 4 ) 其中，调制噪声u ( t ) 沟零均值，广义乎稳的随梳过耧，伊蠹融2 茁】均匀分帮， h 为与“( n 独立的随机变擞。 调秘波鹃慧功率等予载波功率，巍骞效穗移缀小辩，功率谱必在中心频率姓 的冲击函数，有效频移魄较大时，频谱宽带展宽，熊惫分布在旁瓣乏中。 模拟雷达内部热噪声干扰：在成功干扰雷达接收机( 产生的噪声与敌雷达的热 噪声极相似) 的情况下，雷达操作员很难分辨是否受剿予扰，采用憾虚警豹接收机 簧是懿藐。 在分析噪声干扰机对搜索雷达的干扰作用效果前，首先考虑雷达在没有干扰时 接收到的单个脉冲的信号功率： s = 器筹 0 2 1 5 ) 式中p f 为发射的峰德功率，单位是e ；g r 、g r 为发射机、接收机天线增益；o 为雷达反射簸嚣积承c s x 单位是平方米；丸为波长，零擞是米；为弱标距离，单僚是 米；l r 为霍这系统的损耗。接收梳内部嗓声功率由下式褥出： n = 斥麟f ( 3 2 1 6 ) 式孛k 为波象兹曼豢数( # 1 3 8 1 0 2 3 j 。k ) 函必噪声温度( 2 9 0 0 k b ，噪声带宽，h z = i x ；f 为嗓声系数；t 为雷达脉宽，单位是移。扶式( 3 - 2 - 1 5 ) 、 ( 3 - 2 1 6 ) 可得信号噪声功率比为 s 7 帮= 丽p ) r ，g r g 三昱r 躏o 2 2 矿 3 删 = , p r g r g r 0 2 2 面j ( 3 - 2 - 1 8 ) 式中( s 制i 。是校据特定i i l 标类蘩( 斯韦秫( s w 。娃洳g ) 类叠0 , 1 ，2 ，3 ，霹) 和所需鹩搽 测概率( p d ) 殿虚警率( p f 0 焱表得到的单脉冲信噪比 雷达接收机处干扰机功率密度得； 矗= 糕 p 硝 式中0 i 为干扰机发射天线增益；g “为干扰机7 y i 甸上接收机的天线增益；r j 为 干扰橇与餐达阉豹鼯褒，零经是寒；k 为予扰极系统按耗。穰定予拣嘏魂率塞发送遮 大于噪声功率密度， 相参雷达信号处理与相干性干扰的研究 氏。：l 忑箸箬绦i ( 3 - 2 2 0 ) h h i ( 4 石) ( s ，) 向。c g ，辟g a l ri 上式适于远距离( 或近距离) 干扰计算。r 。常称为“烧穿距离”，它表示雷达信 号压倒干扰信号时的距离。注意比值( g a g s l ) 表示的是天线峰值增益和旁瓣电平的 比值。对自卫干扰，令r = r 。和g 。i = g r ， 。：l 蕊煞熹拿拿i ( 3 - 2 2 1 ) 、“i ( 4 ，r ) ( s j ) 。qe q 耳厶i 。 ( o p i g i ) 可看作评判干扰机的一个品质因素。为达到同样的干扰效果，如果目标 的雷达反射截面积( o ) 降低( 如隐身) ，则自卫干扰机有效辐射功率按同样比例降低。 最终，如果雷达反射截面足够小的话，干扰机将不再需要。比值( b j b r ) 表示的是干扰 和雷达带宽之比。如果这个比值为1 5 中的某个值，则干扰被认为是瞄准干扰；如 果b i b r ，则采用的是阻塞干扰。干扰机处在瞄准干扰方式对于干扰机更有利( r 。 最小) 。上述原理对远距离干扰也同样适用。另外值得注意的是当r j 增加时( 远距 离干扰与近距离干扰相比较) ，烧穿距离也增加，使得干扰效果变差。而且，采用超低 旁瓣技术比值( g a l g 。t ) 增大也将增加烧穿距离，从而“冲淡”干扰效果。 3 3 相干性欺骗干扰的产生原理与信号描述模型 相干雷达高信噪比特性对噪声干扰功率提出了很高的要求，过低的干扰功率 难以进行有效的噪声压制。假目标干扰也需要它模拟真实的目标，可以将接收到 的雷达发射信号进行频移时移产生假目标，直接干扰雷达；也可以产生相参脉冲 串，将其投射到需要进行干扰的地区，经地物反射后与雷达回波信号一起被雷达 接收。 - 间接产生干扰信号，我们所设计的欺骗干扰机可以看成这样的一个系统若这 系统的响应函数为h 0 ，d ，则雷达接收到的干扰信号y 0 ( u t ) 为： k ( ，t ) = 五( ，t ) h o ( t o ，t ) ( 3 3 1 ) 实际雷达接收到的信号是地面回波x ( t ) 和雷达欺骗干扰机所发射信号之和， 即： y ( c o ，t ) = x ( c o ，f ) + r o ( t o ，) ( 3 3 2 ) 从这里我们可以明显看出来，此时雷达处理结果不再仅仅是地面真实目标的 图像，还存在欺骗干扰的影响，若保证h 0 ( o ，t ) 按相干雷达响应函数来设计，就会在 处理结果图像出现你所需要的图像。为了保证欺骗干扰信号能在相干雷达中成像， 就必须与真实的回波信号接近，故必须测量雷达所发射信号的各种参数。 第三章籀于蛙予撬懿原理及建模 直接产生带扰信号可采用的方法有时移频移，逆暇配滤波，首先先分析一下频 移产生的于扰傣号。 1 采用频移靛方法产熏镁嚣标 ( 1 ) 锯齿波穆频干扰： j ( o = u ，一“怫一) + 一( 3 3 3 ) 式中u ，楚带撬信号箍度，o 菊孛心频举，。i v 为凝移，它豹臻鬻速度信患籀 关，移频正负和大小使得干扰峰超前或滞后相应延迟的雷达回波倍号，可以引趣 跟踪雷达距离波门变化，产难拖距干扰。若移频频率随机变化，则可以引起距离 门豹夔穰| 摆动。 ( 2 ) 正弦调相移频干扰： ，( r ) = u 7 口7 “娜。o n 。研卜肛2 脚o ) = 一x ，q o o s ( ( 3 3 4 ) 菝移是辩阉l 豹丞数，令c = k 。u p q 时移的方法产生干扰信号，班前产嫩雷达假目标的模拟方法包括：1 ) 声电荷 传送器件a c t 抽头延迟线的方法；2 ) 光纤抽头延迟线法。这种a c t 设备不但现 农没有蠢建靛，箍且还受繁宽限涮，困j l l ：羯宅 】对抗丈鬻宽或像嚣达变豹不理实。 光学设备对臻l 造商丽言体积大和成本离，尤其是用长醺遮线方式产生一个像瑗代 军舰大小的假目标图像时翼是如此。然而，利用数字技术人工合成雷达假目标图 像所器的方程式和算法在最近几年发展越来了。随着现代信号处理技术和先进的 大溪穰集成溆鼹( v l s i ) 簇造技拳豹发鼹，胃菝蠲数字方法台藏一令囊实豹霉遮 假目标图像，甚至于产生一个诸如飞行器一样大的军舰。 2 采用时移的方法产生假目标： ( 1 ) 黪止缓嚣振熬产生 图3 - 2 朋延时加权累加器产生静止假目标 螃羧疆豁嚣渡痿号，投据程爨糠套强反射点疆雷达鞭驾售谤对筵 t l ，t 2 ，t 3 t n 并且设置器个反射点的反射强度a o , a l ，a 2 ，a i ，根撂斯成林起伏模 相参雷达信号处理与相