（电路与系统专业论文）基于数字射频存储的雷达对抗技术研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

abs tract wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f d i g i t a l r a d i o f r e q u e n c y me mo r y ( d r f m) , mo d e r n r a d a r c o u n t e r t e c h n o l o g y i s e n d o w w i t h n e w s i g n i f i c a n c e . t h i s a r t i c l e s t u d i e s w o r k i n g p r i n c i p l e o f d r f m a n d s o m e m e t h o d s o f j a m m i n g m o d u l a t i o n b a s e d o n t h e s i g n a l s a m p l e s s t o r e d b y d r f m. we a l s o r e a l i z e d n o i s e j a m mi n g , t i m e d e l a y j a m m i n g a n d f r e q u e n c y s h i ft j a mm i n g , a n a l y s i s t h e i r j a m m i n g e ff e c t s . we p r o p o s e a f r e q u e n c y - d o m a i n d e s i g n m e t h o d o f a d a p t i v e j a m m i n g m o d u l a t i o n w h i c h i s b a s e d o n n e tw o r k s y n t h e s i s . i n t h i s m e t h o d , t h e p a r a m e t e r o f j a m mi n g mo d u l a t i o n i s o b t a i n e d b y t h e d e s i r e d w a v e o f j a mm i n g s i g n a l s . t h e m o d u l a t i o n n e t w o r k i s g a i n e d t h r o u g h i t s i n p u t a n d e x p e c t e d o u t p u t w h i c h i s c o n s i d e r e d a s k n o w n . wi t h t h e d e v e l o p me n t o f r a d a r t e c h n o l o g y , p u l s e c o m p r e s s i o n r a d a r i s u s e d m o r e a n d m o r e e x t e n s i v e l y . l f m s i g n a l i s o n e t y p e o f r e p r e s e n t a t i v e p u l s e c o m p r e s s i o n s i g n a l . t h i s p a p e r a n a ly s i s t i m e a n d f r e q u e n c y d o ma i n p e r f o r m a n c e o f l f m s i g n a l a n d d i ff e r e n t j a m m i n g e ff e c t s o n i t b y d i ff e r e n t j a mm i n g s i g n a l s . k e y w o r d : d r f m p u l s e c o m p r e s s i o n j a m mi n g mo d u l a t i o n a d a p t i v e n e t w o r k s y n t h e s i s y5 8 3 7 5 3 创新性声明 本人声明所呈交的沦 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 包含其他人己 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:1 : 作的同志对本研究所做 的仟何贡献均已在论文中做了明确的a明并表示了谢意。 木 人 签 名 : 加 吹a -日期 0 4 , 1 么 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: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。 期期 日日 本 人 签 名 : 杨。 轰 六。 4 ， r 导师签名:2 5 k a 4 - / . 6 第一章绪论 第一章绪论 夸 1 . 1 本文的背景及意义 雷达干扰是阻止敌方雷达及其武器系统 有效地 使用电 磁频谱的电 子对抗措施 ( e l e c t r o n i c c o u n t e r m e a s u r e ，缩写为e c m )。而数字射频存储 ( d i g i t a l r a d i o f r e q u e n c y m e m o r y ，缩写为 d r f m ) 是一种用于实现射频信号存 储及转发功能的新 型电 子战部件。 在对雷达实施电 子干扰过程中，d r f m 对接收到的 信号进行高 速采 样、 存储、 变换处理和复制，实现信号捕获 和保存的高 速性、 干扰技术的多 样性 和控制的 灵活性。 d r f m 技术的出现不仅提高了新一 代电子 对抗设 备的能 力，同时 增加了 系统的 灵活性和再编程能力，为干扰 脉压雷 达、 脉冲多普勒 ( p d ) 雷达、 合成孔径雷达 ( s a r )等现代雷达提供了有力的手段。基于d r f m 的雷达干扰系统是 一种数字有源可集欺骗/ 遮盖干扰于一身的电子 对抗技术， 只 要对保 存的敌方 雷达 信号实时样本进行合适的干扰调制，就能 够达到 遮盖真是目 标信息、 破坏雷达对 真 实目 标的 检 测 ( 遮盖 性 干 扰) 或 者 以 假乱 真 炮 制 大 量、 逼 真的 假目 标 信 息 ( 欺 骗性干扰) 的目 钓。 雷 达 抗 千 扰 技 术 不 断 发展 ， 使 单 一 、 固 定 的 干 扰 形 式 往 往 难以 对 付 变 化的 抗 干扰措施， 为此必须及时 调整千 扰策略，发 展灵 活的 干抚方式和精巧的 干扰信号 样式以 适 应雷达抗干扰 技术的 发展。 近十多 年发展起来的 基于射频存储的 雷达干 扰 技 术 是 对 抗 现 代 雷达 的 一 个 较 好的 武 器， 它能 精 确 地 复 制 雷 达 波 形， 并 采 用 欺 骗/ 遮盖复合的调制方式可以 在时间、空间、 频率、调制 样式 等多维 信息域内对雷 达实施最 佳千扰。不同 于传统的 干扰机， 基于射频存储的雷达干扰技术采用许多 先 进的数字 和智能技 术， 如 数字射频 存储 ( d r f m ) 、 直接数字频率合成 ( d d s ) 等， 并 通过与 雷达信号 分析 和处理能力的 结合， 使其成为对付现代高科技雷达的主要 技术手段。 特别是，随 着大规模、超高速集成电路， 微波集成电 路 ( m 工 c ) 及微处 理 器技术的 发展， 使得雷达信号采集、 波形存储和复制、 信号 处理、逻辑控制等 瓶 颈问 题 一 一 得以 克 服， 设 备 的 复 杂 度 和 成 本 大 幅 度 下 降 ， 可 靠 性 大 大 提 高 ， 从 而使基于射频存储的雷达干扰技术得到广泛重视并有了新的发展。 由于各种新型雷达的使用日益增多，不仅使得空间雷达信号的密度加大，而 且雷达信号的调制也日 益复杂了。为了 适应这种情况， 在雷达干扰中也 开始 采用 多波束技术，而且出现了 “ 自 适应干扰” 、 “ 自 动干扰功率管理” 等新的干扰技术。 这 些新技术的应 用，使 干扰设 备能 对具有威胁性的 雷达信号进行快速鉴 别， 选择 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 出威胁最大的雷达信号，然后根据截获的雷达信号迅速分析出该种雷达信号的参 数， 依 次 识 别雷 达 所属 的 类型 ， 确定 位 置， 显 示 雷 达 信 号 的 变 换 情 况 并 且 能自 动 选用适当的 干扰方法， 决定 干扰的施放时间 、方向 、频率、功率以 及干扰样 式等， 以 便实 施有效的 干扰。 对于干 扰效果 最佳还可以 通过一定的 检测手段进行鉴别， 并自 适应地调整 干扰样式和干 扰参数，以期 达到 最佳的 干扰效果.当 遇到需 要同 时干扰几步雷达的情况，除了能自动选择出各自柑应的干扰样式外，还能合理地 进行干扰机现有的功率分配和时间分配。 1 . 2 国内 外研究概况和发展动态 七十年代初期为存储和复现r f 信号提出d r f m 的概念以来， d r f m 及 基于d r f m 的电 子 对抗系统发展很快 第一台 取名为 m p s ( m i c r o w a v p u l s e s t o r a g e )的 d r f m 早 在1 9 7 5 年实 验成功， 其最初用途是以 数字式存储复制功能取代e c m 系 统中的模拟式 循 环微波存储功能。早 期的雷 达欺骗 方法包括: 接收敌我识别器 ( i f f ) 询问 信号 波形，在较短的时间延迟后重新转发以误导敌人的应答机。随着雷达操作员技术 的不断 提高 和电子反干 扰措施的日 益复杂， 这种相对简单的方法己失去其战斗力。 相 干雷达，尤其是 装置 在脉冲多普勒 炮火 控制和有 源导弹 制导系 统中那 些雷达的 出 现，给 雷达电子 对抗提出了 严峻的课 题。随 后， 人们很 快又 认识到d r f m 能被用 来 存储以 前无 法存储的 脉冲压缩信号，还可以对截 获信号 进行大 量的数字 信号处 理，从而开辟了e c m 的一个新领域:基于射频存储的雷达干扰。 雷达和雷达对抗在过去五十多年来，无论是在战争还是在和 平时期始终是一 对天敌。雷达的起源和发展比较公开，而相比之下的雷达对抗则一直是比较秘密 的发展。基于d r f m 的电子干扰系统较新的报 道是: ( 1 )麦克唐 纳德 德特威勒联 合 ( m d a )公司 工在提出一 种新的 低功率 相干欺 骗舰载 干扰机， 并且己 与握太华的 防御 研究中心一起研制称为c a r -d s 的系统，它 采用d r f m 记录， 存储和精确复现所 接收的雷 达脉冲 特性，其输出功率在5 0 w 范围内。 ( 2 ) 艾丽莎电子 系统公司为以 色列海军的s a a r s 反潜轻巡洋舰项目，提供的n s -9 0 0 5 e c m 分系统采用了大功率 多波束阵列发射机 ( m b a t ) ，并确信 系统 采用了 d r f m 技术 来对抗先进的 威胁雷 达。 系统能同时对付多达1 6 个威胁，并采用包括假目 标产生、瞄 准、 阻塞或扫频噪声、 距离门欺骗干扰、自 动增益 ( a g o 欺骗干扰以 及组合干扰等多种e c m 技术。 现代技术的发展引起了 包括雷达干扰在内的电子战领域的重大革新。微波单 片集成电路 m m 工 c ) 发展计划使电 子战射频接收机比 数年前制造的接收机体积更 小、 重量更轻和更廉价， 相差一个数量级:计算机处理技术设备体积之小， 处理 第一章绪论 速度之快使电子战能对威胁信号进行数字量化和精确识别:模数转换器件速度的 提高 和质量方面的改 进， 实现了宽带 ( c h z 量级) 数字接收机， 避免了以 前模拟接 收机在需要进行信号复制时丢失信号特征参数的缺陷，保证了复制信号的质量。 随着各种新体制雷达的出现，雷达干扰技术也在相应发展。目前为了提高雷 达的抗干扰能力，除了采取一些对抗雷达干扰的电 路与系统措施外，同时在工作 频率上也向更高的无线电波段扩展，这就要求雷达千扰设备也能在更高的波段辐 射具有 足够的干扰功率、更 合理的调制样式的干扰信号。 特别是红外线制导和激 光制导的出现，使得雷达对抗的波段也要超出无线电波段。 需要说明的是基于d r f m 的电子干扰技术不是一个单独的技术领域，它是近年 来数字技术的发展与对抗新体制和新技术雷达的需求结合而发展起来的一种电子 战技术措施。 基于 d r f m 的电 子于扰技术也不是一项孤立技术， 它涉及到雷达对 一 抗 理论和电子学领域的许多技术，大体可分为软、硬两方面的技术。硬的方面的相 关技术有:d r f m 技术，包括高速模数转换、高速大规模数字存储、数模转换等技 术;数字频率源技术:低噪声侦察接收技术;天线技术，特别是相控阵天线技术; 单片微 波集成电路技术; 超高速集成( v h s i c ) : 微处理器( d s p ) 和微计算 机 c p u ) 技术等。软的方面的相关技术有:新的高速采样理论:雷达信号分选、识别等人 工智能 理论: 侦察与 干扰的 方法与 策略等。 由于 起步晚，我国 在d r f m 技术方面与国 外发达国 家相比 还有一定的差距。九 十年代初期，国内 d r f m 的 水平只能达到1 0 0 m h z 的瞬时带宽和1 位量化精度，经 过近 几年的发 展，在瞬时带宽、 信号 质量等方面有了 很大的 提高。 总的来看， 我国在 基于d r f m 的电子干扰的理论和技术方面还不成熟，尚有大量的工作需要进一步开 展。因此，对基于d r f m 的雷达干扰技术的研究既十分必要和紧迫，又有很大的难 度。作者的研究正是在这样一个背景下进行的。 夸 1 . 3 本文所作的工作 本 课题来源于 “ 十， 五”军 事电 子预研课题。 本文的主要工作是对 d r f m存储 的 信号 样本进行各种干扰调 制，并对产生的干扰效果 进行分析，提出了一 种基于 网 络的自 适应干扰调制的 频域设计思想。 1 . 介绍d r f m 的 类型、 基本组成及工作原理。 2 . 研究线性调频信号 时域、 频域特性、探讨了 加权旁瓣抑制技术。 3 . 基于d r f m 技术， 对脉压雷达的主要的干扰信号进行 频谱分析，如噪声干扰、移 频干扰、移相干扰等。 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 4在频域设计基于网络的自适应干扰调制系统，并对其进行公式推导。 5 . 对不同形式的干扰进行算法仿真，并 根据效果修改 千扰调 制函数，使其千扰效 果达到最佳。 第二章数字射频存储 d r f m技术 第二章数字射频存储 d r f m 技术 2 . 1 d r f m的基本类型 d r f m的类型可以按不同的方法来划分: 按量化的物理量分类:幅度量化 ( 幅度取样)和相位量化 ( 相位取样) 按量化的比特数分类:l b i t 或多b i t 幅度量化 ( 或相位量化) .按存储方式分类:延时重发 ( d r ) 和短期存储 ( s t m ) 一幅度量化 幅度量化的原理是众所周知的，利用模数变换器 ( a i d )将输入信号在幅度域 进行量 化，将模拟的信号波形变成离 散化的 数字信号。重构时， 数字信号 经数 模 变换器 ( d / a )， 变为模拟信号。 输入信号 量化器输 出 匕土知 重构信号 图2 . 1 . 1 多比特幅度量化 幅度量 化的取样率和比 特数决定了复制信号的保真度。 量化的比特数越多， 取样速率越高，复 制信号的保真度 越高。因 此， 多比 特幅度量化d r f m 可用于对信 号 细微特征分析、对截获信号谱分析和对复 杂波形的雷达干扰。 但是由于微电子 技术水平的限制，高比特数和高取样率的 a i d变换器，目前海处在实验室研究阶 段，其成本使非常高的。 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 幅度量化的一 种最简单形式是 l b i t 幅度量化， 它将输入信号量化为。 、 1 .:， 重 构的 信号为 方波，如图2 . 1 . 2 。 对于 l b i t 幅度量化，信号的量化、 存储和复制仅 需单个信道， 其瞬时带宽较宽， 且结构简单， 研制成本低。 但l b i t 幅 度量 化的d r f m , 复 制信号为方波， 其谐波寄生电平很高， 且交调频 率分量很多。 谐波过大，干扰 机易成为反辐射导弹的信标。而且，l b i t 幅度量化 d r f m ，由于将输入信号变成方 波形式存储，丢失勒信号的幅度信息，不能用于对信号细微特征分析。多比特幅 度 量化 d r f m 在实 现方法上与 l b i t 幅度量化情况相似， 但是其寄生电平随 着量化 比特数的增加而降低。其代价是取样率提高和信道数增加。 输入信号 量化器输出 重构信 号 图2 . 1 . 2 1 比 特幅度量化 幅 度取 样的方式分为:单通道幅度取样和正交双 通道幅 度取样 1 .单通 道幅度取样 单通道幅度取样 d r f m电路的基本组成如图 2 . 1 . 3 ( a ) 所示。 首先由储频控制电 路向a / d变换器发出 启动方波， 使其按照采样时钟对输入信号进行幅度量 化取样， a / d 变换器的输出 数据序列依次 写入存储器。 示样脉冲方式时， 方波 的 宽 度 为z ， 全 脉 冲方 式 时， 方 波 宽 度与 输 入 雷 达 信号 的 脉宽 一致 。 需 要 输出 时，控制电路发出读出方波，其宽度与输入脉冲的宽度一致。在方波期间， 按照读出时钟 ， 从存储器中依次读出 数据， 经d / a 变换器、 滤波器产生模拟信 号。示样脉冲时的读出地址在方波期间 将循环若干次， 全脉冲时的读出 地址 在方 波期间不循环。在一般情况下，读出时 钟与 采样时 钟相同。 第二章数字射频存储 d r f m技术 ( b ) 图2 . 1 . 3 单通道幅 度取 样d r f m电 路的 基本组成 假设 经过 下 变频 后的 输 入 信 号 频 率 范围 为 f o - o b / 2 , 几 十 b 1 2 ， 为了 抑 制 上 下 变频时的高次 交调，中心 频率f . 与带宽 b 应满足: ， :、 一 4 b ) fo + 4 b2 、 号 ” ( 2 - 1 一 1 ) ( 2 - 1 - 2 ) 根据采样定理， 采样时钟的 频率关 应满足: 、 2(f o 刽一 2f, + o b ( 2 一 土 一 3 ) 将( 2 - 1 - 3 ) 代入( 2 - 1 - 2 ) ，可得 f 4 a b ( 2 - 1 - 1 ) 在 信 号 满 量 程 变 换 的 条 件 下 ， 量 化 噪 声 引 起 的 信 噪 比 (s i n )、 与 量 化 位 数门 的 关 系 近 似 为 ( s l n ) q 6 .0 2 x 。 十 1 .7 6 d b(2 - 1 - 5 ) 单通道 d r f m的优点是结构简单，主要缺点是采样频率高，当a b较宽时难以实现。 正交双通道幅度取样 d r f m的基本组成如图2 . 1 . 4 所示。它相当于两路共用采 样、读出控制信号的单通道 d r f m 。为了保证两路的幅相一致性，电路中的元器件 选择、结构设计等应尽量一致。 正交双通道幅度取样 d r f m 一般采用正交下变频零中频处理，输入信号的频率 范围为卜 a b / 2 , a b 1 2 。 对于每一路储频电 路的输入信号频率范围 仅为 0 , a b 1 2 , 它的采样频率只需满足: 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 关) a b ( 2 - 1 - 6 ) 正交 上变频 d / a 变换器 滤波器 数据 存储器 a / d 变 换 器 定 向 桃 合 器 正交 下变 频 da 滤波器 数据 存储器a/ d5tv ef 储 频 控 伟 9 信号 检测 图2 . 1 . 4 正交双通道 d r f m的组成 显然， 对于相同 的瞬时带宽a b ， 它 所需要的 采样频率只 有单通道的1 / 4 ， 所 以 得到了 广泛应用。 它的 缺点是 要求双通道的幅相一致和需要采用正交双通道的 上、下变频。 二.相位量化 相位量化的 概念与幅 度量化不同，它 将正弦波周期分 成2 n 个相位区 间 ( 这里 n是相 位量化比 特数) ， 然后将每个相位区间 产生的 相位码由 存储器存储起来。重 构时，相位码变换成台阶式正弦波。例:n二 3 ，称为 3 b i t s 相位量化，即把正弦 波 周期 分为 2 = 8 个 相 位 区 间 ， 每 个 相 位区 间 为 3 6 0 丫 2 ， 二 4 5 0 。 如 图2 . 4 所 刁 万 : 输入信号 量化器输出 重构信号 图2 . 1 . 5 3 比 特相位量化 与传统的幅度量化相比相位量化有许多重要的优点。例如，对同样的 3 b i t s 第二章数字射频存储 d r f m技术 系统. 传统的幅度量化技术需要8 级量化电 平， 从而需要 7 个电 压比 较器，而相 位量化只需要 5级量化电平，从而只需要 4个电压比较器;对幅度量化来说，最 坏情况的寄生信号是三次谐波，而对相位量化来说， 最坏情况的 寄生信号是七次 谐波，这样相位量化的近区谐波抑制得到了改善; ，从理论上讲，相位量化与信号 幅 度无关，从而消除了 通常与 幅度系 统相关联的动态范围问 题。正是由于相位量 化的饱和采样技术也导 致相位量化在出现多信号时只捕获较强信号，但相位量化 的优点是主要的，因而国 外的d r f m 产品多 采用相 位量化技术。 三.不同量化形式的比较 根据用途的不同，d r f m 的实现方法也不同， 这取决于对 d r f m 瞬时带宽、寄生 电平的要求和设备的成本。d r f m用于对信号的细微特征分析时，需要不失真地存 储信号的 幅、相 信息，因此需用多比 特幅度量化的 储频方法。 幅度量化的 取样率 和比 特数越大， 复制信号的保真 度越高. 虽然幅度量化d r f m 保存了信号的幅、 相信息， 使重构信号有搞得保真度，但 由 于模/ 数转换器 ( a d c ) 结构复 杂， 所以 难以 单片 集成d r f m 系统， 相位量化d r f m 虽然仅保存信号的相位 ( 频率) 信息， 但不 影响对 脉冲雷达的干扰， 而且相位量 化d r f m 的 关键器件模/ 数变换器 ( 称相 位量 化器) 和数/ 模变换器 ( 称加权相加网 络)易于集成，瞬时带宽较宽，寄生电平较低且易于实现，因此，目前国外干扰 机都倾向 于采用这种数字射频存储技术。 不同 量化形式的比 较表2 . 1 . 1 所示: 表 2 . 1 . 1 各种量化方式的比较 指标 l b i t 幅度量化多比特幅度量化多比特相位量化 瞬时带宽宽窄 宽 寄生电平高低 较低 存 储信号保真度低高低 成本 低高较高 复杂性简单 较复杂复杂 技术难度低中较高 动态范围 大刁 “较大 相位校正难 易易 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 夸 2 . 2 d r f m的基本工作原理 d r f m的基本工作原理如图 2 . 2 . 1 所示: r f 输 赢 a / d卜一 叫 存储器 if sv iit x1 ie r f 输 出 外 控 制 控 制 电 路 本 振 图 2 . 2 . 1 d r f m的基本土作原理 为了精确的复制射频信号数字射频存储器 d r f m ，首先将接收到的射频信号频 率调谐本振，使正交下变频器的输出频率位于基带 ( 中频)内，然后将下变频器 所产生的基带同相 ( i )信号和正交 ( q )信号进行量化存储。需要时再重构基带 同 相 ( i ) 信号和正交 ( q ) 信号，经正交上 变频 器输出。 d r f m的基本工作过程如下: 1 .根据粗测接收信号的频率，调谐本振， 使下变频器的输出位于基带内，以便能 够截获雷达以及敌我识别 ( i f f )询问器等信号。 2 下变频。射频信号和本振信号经正交下变频混频和滤波产生基带同相信号( 功 和正交信号 ( q ) e 3 .基带 工 、 q 信号的量 化和 采样。由图中a / d( 模数转换 器)实 现。 4 .将数字化的 工 、 q信号存储在存储器中， 信号存储后， 便可对信号进行分析、 变换。 例如: 将输入信号 移频以 干扰脉压雷达; 产生多普勒频移，以对 速度跟 踪雷达干扰;也可对存储信号时延后读出，产生拖距干扰和假目标千扰。 5 对从存储器读出的存储信号进行相位校正，用以对连续波输入信号的相干复 制。 6 .重构基带工 、 q信号。即 对存储的 数字信号进行d / a ( 数模转换器) 变换。 7 重构r f 信号。 对基带i , q 信号正交上变频，完成对原始 信号的复制。 要求上 变频与下变频使用同一本振。 8 通过控制器，可 实现d r f m 的各种工作方式选择，以完 成各种不同的 应用要 求。 当 d r f m中的存储器与外部 ( 或内部)计算机联结时，还可以通过 d r f m实现对 信号的存储分析，或者用于产生所需的信号波形。前者利用的是 d r f m的前半 第二 _ 章数字射频存储d r f m技术 部分，而后者利用了d r u m的后半部分。 2 . 3 d r f m 的存储方式 d r f m的存储方式分为延迟重发 d r( 或全脉冲存储)和短期存储 s t m( 或示样 脉冲存储)两种。 1 全脉冲存储 全脉冲存储就是存储器将输入脉冲信号全部存储。根据需要，在给定时刻读 出存储数据，由d j a重构信号。用这种方式工作的 d r f m ，输出信号的频率与输入 完全相同，因此有及高的相干性。它可产生拖距和假目标干扰。由于持续期内的 信号全部存储，这种幅度量化的 d r f m也可用于对信号细微特征的分析，或刘脉内 频率、相位调制信号 ( 脉压雷达)进行二 扰，处理复杂信号的能力较强。常用 于 对复杂信号的存储。但是，当信号脉冲持续时间很长时，对全信号的存储要求大 容量存储器，换句话说，在存储容量一定时，存储器所能记录的辐射源信号数将 会减少。 2 .示 样脉冲存储 示样脉冲存储时，d r f m 只记录输入信号的始端一小段 ( 例如 0 . 1 u s ) ，然后控 制存储数据重复读出。由于信号频率不同，截取信号的初始相位点和终止相位不 定连续，从而会造成输出频率的不一致，既相干性变差。为提高相干性，必须 在读出数据时进行相位校正。示样脉冲存储的优点是存储器能对多个辐射d r 信号 进行存储，因此，具有对多个辐射源干扰的能力。但是示样脉冲存储只适应于对 脉内频率恒定信号的存储。 2 . 4 d r f m主要性能指标 d r f m的主要性能指标: 1 .瞬时带宽 ( i b w ) 瞬时 带宽即 基带处 理器的 宽度， 它是山 采样率 ( 系统时 钟) 所决定。比如在单 通道的 d r f m系统中，瞬时带宽的值等于采样率的一半，而在正交调制的 d r f m 系统中，瞬时带宽的数值等于采样率 ( 采用 n 相采样技术的例外) 。 2 .工作宽度 ( o b w ) 工作宽度即可以接收和处t y 的射频信 号 的频率范围用调谐或洗择本振的方法 基于数字射频存储的雷达对 抗技术研究 ( 既设法使输入信一号进入瞬时带宽内) ，可是工作带宽为瞬时带宽的若干倍。 3 .动态范围 d r f m的输入动态范围与其工作方式有关， 在线性工作方式中， 输入动态范围直 接由量化比特数 分辨率) 决定， 既一位的量化对应于6 d b的动态范围， 采用 自 动 增 益控制电路可以扩大系统的输入动 态范围。 在限 幅 ( 饱和) 工作方式中， 输 入动态范围可以作得很大， 但它不适合于处理同时到达的信号。总之， d r f m的 动态范围主要决定于a / d 和 d / a变换器的动态范围。 搜 .存储器容量和工作方式 存储器的工作方式: 延迟转发、 短期存储或两者兼有， 决定了所需存储器的长 度和所能存储的威胁文件数。为了对多个威胁雷达进行干扰，通常存储器只存 储每个雷达脉冲 信号的一 小 段 ( 及式样脉冲) 。采样率越高，信号持续时问 越 长，量化位数越高，它对存储器容量的要求也越高。 5 .采样率 采样率决定了系统所能处理信号的最大宽度，既信号带宽应不高于采样率。在 d r f m中， 采样率主要由奈奎斯特采样定理决定， 这是决定选用 a / d 器件的主要 依据之一。 6 .寄生信号抑制 寄生信号的主要来源有:本振泄露、镜像响应和交义调制。 均木振泄漏:木振泄漏是因为用于上变频的平衡混频器中本振与输出之间隔离度 不够，它会导致瞬时带宽中心频率的连续波辐射。 ( 助镜 像响应: 镜像响应是由d r f m系统中 上变频器的 两个通道之间的幅 度的 相位 的不平衡所引起的。两个通道幅度和相位的不平衡使 “ 对消”不彻底，因而产 生不需要的镜像边带。 怕 ) 交叉调制是由 于对输入信号的限幅引起的。 既用方波表示基带信号。 这样，当 两个频率分量作用于混频器时，就会在两个信号之 间形成交叉调制分量 ( m 石 士 n 凡 ) 。 即 使 对单 个 信 号 ， 在 方 波的 各 次 谐 波 之间 也 会 形 成 交 叉 调 制 分 量。 总的寄生信号能 量对 d r f m系统性能 有重要影响， 它不仅降 低了 干扰机的有效 功率，更重要的是为敌方识别和干扰寻的构成一个显著的特征，寄生信号抑制 的典型值为 1 7 d b o 第三章数字脉冲压缩处理 第三章数字脉冲压缩处理 3 . 1 脉冲压缩的 基本概念 随 着飞行技术的飞速发展， 对雷达的 作用距离、 分辨能力、测量精度和单 值 j性 等性能指标提出 越来越高的 要求。 测距 精度和距离分 辨力对信号形式的 要求是 一致的，主要取决于信号的 频率结 构，为了 提高 测距 精度和距离分辨力， 要求 信 号具有大的带宽。而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高 测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。除此之外，为了提高雷达系统 的发现能力，要求信号具有大的能量。由此可见，为了提高雷达系统的发现能力、 测量精度和分辨能力，要求信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。但是，在系统 的发射和馈电设备峰值功率受限 制的 情况下，大的能 量信号只能靠加大信号的时 宽来得到。 测距精度和距离分辨力同 测速精度和速度分辨力以 及作用距离 之间 存 在着不可调和的矛 盾。于是在匹m滤波理论指导 下， 人们提出了线性调频， 亦既 c h i r p 脉冲压缩的概念。 脉冲 压缩技术被认为是在雷达技术理论 确立之后， 雷达技 术领域中最重要的三项创新发展，即合成孔径雷达技术、脉冲压缩技术和数字信 号处理技术之一。 早 期 脉 冲 雷 达 所 用 信号 ， 多 是 简 单 炬 形 脉 冲 信号 。 这 时 脉 冲 信 号能 量e 二 p ,z , 君 为 脉冲 功 率 ， : 为 脉 冲宽 度。 当 要 求 雷 达 探 测目 标 的 作 用 距 离 增 大 时， 应该 加 大 信号能量e 。增大发射机的 脉冲功率是一个途径，但它受到发射管峰值功率及 传输线功率容量等因 素的限 制， 只能 有一定范围.在发射机平均功率允许的条件 下， 可以 用增大脉冲宽度: 的办 法来提高 信号能 量。 但应该注意到， 在简单矩形脉 冲条件下， 脉冲宽 度: 直接决定距离分辨力。 为保证上述指标， 脉冲宽度: 的增加 会受到明 显的限制。提高雷达的探测能力 和保证必需的 距离分辨力这对矛盾在简 单脉冲信号中很难解决，这就有必要去寻找 和采用较为复杂的 信号形式。 距离分辨力取决于 所用信号的带宽bo b 愈大， 距离分辨力越好。 在简单 矩 形 脉冲时， 信号带宽b 与其脉冲宽度: 满足b : 二 1 的关系，因 此用宽 脉冲时必 须降 低其距离分 辨力。 如果在宽脉冲内 采用附 加的 频率或相位调制以 增加信号 带宽b, 当 接 收时 用匹 配 滤 波 器 进 行 处 理 将 长 脉 冲 压 缩 到1/ b 宽 度 ， 这 样 既 可 使 雷 达 用 长 的 脉冲获得大的能量，同时又可以得到短脉冲所具备的距离分辨力，这种信号称为 脉冲压缩信号或称为大时宽带宽积信号， 因为脉冲内有附加调制后， 其脉宽: 和带 宽b的乘积大于 1 ，一般采用b c i 。 基干数字射频存储的雷达对抗技术研究 脉冲压缩就是将接收到的宽脉冲信号变成窄脉冲信号而保持能量不变， 以获 得较高的距离分辨率和较远的探测距离。习惯上， 脉压系统都是用声表面波器件来 实现的。 但这种模拟器件的 脉冲响 应是在制造时 编码的 ， 因 而在雷达工作期间 不可 改变。如果雷达系统要求信号形式灵活多变， 则宜采用数字脉冲压缩。数字脉冲压 缩滤波器具有灵活多变、 抗干扰能力强等许多优点， 其脉冲响应可在任何时候通过 选择一组新的滤波器系数来改变， 因而滤波器响应不受制造过程中变化因素的影 p in; ， 且同一滤波器通过改变系数可 与不同 的波形相匹配。 常用的脉冲压缩信号是线性调频信号， 它通过非线性相位调制或线性频率 调 制( l f m ) 来获得大的时宽带宽 积。 采用这种信号的雷达可同时获得远的作用 距离和 高的 距离 分辨率。 与其它脉压信号相比， 它具有所用匹配滤波器对回波信号的多普 勒 频移不敏感的 优点， 因而可 用一 个匹配 滤波器来处理 不同多 普勒频移的 信号。 图 3 . 1 . 1 给出了 线性调 频脉冲压缩信号的荃本概念示意图， 更严格和详细的 阐 述是 建立在l f m 信号的频谱分析基础上的，将在下文给予介绍。 (榭 s,(t)(a) hl hf (+7 x二 ( b ) 输入信号的载 频调制特性 叮 丫 ( c ) 压缩滤波器的 延时频率特性 1t 下 一阵i 一-一一一一 卜 一亡 ( d ) 压缩 滤波器输 出信号的包络 (e) at k- z -)l, 脉冲压缩匹配滤波器 图3 . 1 . 工线性调频信号脉冲压缩基本概念 第三章数字脉冲压缩处理 夸 3 . 2 线性调频信号的脉冲压缩处理 线性调频信号的复数表达式如下: x (t) 一 、 rec t(t ) - ex p (j 2 n (f ,t + 粤) ( 3 - 2 - 1 ) 式 ( 3 - 2 - 1 ) 中 ， a 为 信 号 幅 度 ， r e c t ( 与为 矩 形 函 数 t l 、 生 丁t一公 il认 厂1!吠.1 ; 。 c ， tr e c t( - ) - 生 2 ( 3 - 2 - 2 ) 线性调频信号的瞬时频率可以导出: ; 二 器!2 r ( f t+ 列 一 、 + p t ( 3 - 2 - 3 ) 其中lu 为关 的变化斜率， 它与脉冲宽度: 和: 内的频率 变化范围 ( 又称频偏b) 的 关系为: b 产二一 ， r 线性调频信号的 时宽带宽积为d = b r = ,u 尹。 令f , = 0 ， 得到零中 频信号 ( 基带 信号) ，分别取 其实部、虚部就可获得两 路 正交信号 ( 即i , q 通道) 。 图3 . 2 . 1 和图3 . 2 . 2 分别给出了t = 1 0 , u s , b = 8 m h z 的 l f m 信号的基带信号波形。 姚 性确 蜘 信号 1 通 逻波 愁姚 性训如 倍 号。 通 过 披形 业傀 翩恻姗阳. 几0目卜0 。住 “”扣舰侧 “ 40 50. sd o w po ,dcra wa 即即 时 间来释 点 图3 . 2 . 1 线性调频信号i 通道 ( 左) 和q通道 右) 波形 信号的频谱由 式( 3 - 2 - 1 ) 求 傅氏 变换可 得: x (f ， 一 l x(t，一 zadt一 f “ 一 (_tr ，一 (24- v2一， = a ft eizn(r -n +y idt2 ( 3 - 2 - 4 ) 基于数字射频存储的雷达对抗技术研究 在d;1 的情况下，从式 ( 3 - 2 - 助积分可得 (a 、 r，一 “ 一， 2n ./ x ( ) = (v “ l 0 , !厂 一 川 2 汀 一 .fo i2 ( 3 - 2 - 5 ) 由上式可得，线性调频脉冲信号的振幅谱和相位谱为 . 二 ， ， 、 .沼 厉_ _ _ .f 一 f o 1 i 0 v j l = . i -f e e l i - 一 一 ! v pl s ) o ff) 二一2 1 r ( f 一 o )2 尸 汀 + 4 ( 3 一 2 一 6 ) 下 面给出 两组不同: b 值的l ; f m 信号振幅频谱，如图3 . 2 . 2 中左图和右图所示， 显 h ! 、 r b值越大，信号能量越集中于带内，频谱越接近矩形，信号脉压处理的结果越 理 想。 t a =z 3 0以上， 可近似认为线性调频脉冲具有矩形振幅频谱， 因此其匹配滤波器也应具有矩形带通振幅特性。 线性调频信号的脉冲压缩是通过匹配滤波器得到的，如果输入信号的频率特 性为 x ( f ) = lx (f ) 1 e m u ) ( 3 - 3 - 1 ) 那么匹 配滤 波器的 特性h ( f ) 应满 足下式 h ( f ) = k ix (f ) ie 一 l (f ) 。 一 ， zn n o( 3 - 3 - 2 ) 根 据 公 式 ， 。 令 、 一 尽 ， x97 if h ( f ) 一 。 ，“ “ 一 ox , _ % _ z x fid d ( 3 - 3 - 3 ) 式( 3 - 3 - 2 ) 中，压 缩滤波器的 群迟延特性 ( 频率一 延迟 特性)t d ( f ) 为 t d ( f ) = d o ( f ) d f ( f 一 f o ) 7 b 十 t d o ，. b u 一t o i h ( 2 ) - -. 冈h ( n 一 2 ) - 以 ( n一1 ) x 输出y ( n ) 图3 . 4 . 1用时域卷 积法的非递归 滤波器实现l f m 信号的数字式脉冲压缩 二.频域法实现数字脉压 上面用非递归 滤波器进行数字式脉冲压缩是直 接进行线 性时域 卷积。另一 种 方法是基于频谱分析的 正、 反离散傅立叶变换 ( d f t ) 法， 即用d f t 将离散输入时 间 序列变换成数字谱， 然后乘以匹 配滤波器的 数字频率响应函数， 再用工 。 f t 还原 成时间 离散但己 经是压缩之后的输出信号 序列。 为了 实时处理的方便， 一般用f f t 及其对应的 i f f t 来实现这一匹配滤波。 根据卷积定理， 如果输入离散信号为序列: ( n ) ，匹配滤波器响 应为h ( n ) 且两 者都以n 为周期，则他们的d f t 分 别为 基于数字射频存储 的雷达对抗 技术研 究 x ( k ) 一 艺s ( n ) 。 一 ，(? n /n )n 二 d s ( n ) ( 3 - 4 - 4 ) h ( k ) = 艺h ( n ) 。 一 ， (z nl ,v )n 一 d h ( n ) ( 3 - 4 则s ( n ) 和 h ( n ) 的 循环卷积为 y ( n ) = 艺s ( m ) h ( (。 一 ， ) 、 ) ( 3 - 4 - 6 ) 而只川的n 点 d f t为 y ( k ) = h ( k ) - x ( k ) = d y ( n ) ( 3 - 4 - 7 ) 由上式可以得出 a n ) 一 i d d s (n ) , d s ( n ) ) ( 3 - 4 - 8 ) 如果采用 f f t 算法，式( 3 - 4 - 8 ) 则可改写成 y ( n ) = f f t - ( f f t s ( n ) - f f t h (n ) l ( 3 - 4 - 9 ) a ( 3 - 4 - 9 ) 便是用f f t 法实现数字滤波的 一般公式， 因 而也是 数字脉冲压缩的一般 公式。它告诉我们，匹配滤波输出y ( n ) 等于输入信号s ( n ) 的离散频谱乘 r . 匹 配滤 波器冲激相应h ( n ) 的频谱 即频率响应) ，再进行逆变换，利用式( 3 - 4 - 4 ) 和式 ( 3 - 4 - 5 ) ，式( 3 - 4 - 9 ) 又可改写成: y (n ) 二 f f t - f f t s ( n ) - f f t s ( n 一 ， 一 n ) ( 3 - 4 - 1 0 ) 这也就是用 f f t 法实现数字脉冲压缩的数学模型。 输入数据 n 点f f t 。叮 下下 万 输 出 数 据 1 寸1- i ffi口 卜 ” - -ra -y一n ),0.; fft l 图3 . 4 . 2用f f t 实 现数字脉冲压 缩原理 在时 域用横向 滤波器实现数字脉压， 对于n 点长 度的输入信号，需 要进行n 欠 复数乘 法， 而采用频域法实现数字脉压，可以 大大减少复数乘法的次数， 两种 方法复数乘法次数的对比如下: 时域卷积法复数乘法次数:n z 频域法复数乘法次数