遮盖性干扰(本科)

1、图15 雷达干扰的分类 雷达对抗原理第六章第六章 遮盖性干扰遮盖性干扰 噪声调频干扰噪声调频干扰 噪声调幅干扰噪声调幅干扰 射频噪声干扰射频噪声干扰 概述概述第六章 遮盖性干扰6.1 概述概述干扰目的就是破坏或阻碍雷达发现目标、测量目标参数。在接收信号 人为引入噪声和干扰信号等措施减弱目标回波，阻碍雷达对目标信息的正常检测，达到干扰目的。图6-1 雷达获取目标信息的过程 Tst6.1.1 遮盖性干扰的作用和分类遮盖性干扰的作用和分类遮盖式干扰就是用噪声或类似噪声噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号，阻止雷达检测目标信息。随机性的度量 随机变量的方差方差越大，熵值熵值也越大。最佳遮盖性干扰

2、信号 在平均功率限制的条件下，噪声为正态分布时，在平均功率限制的条件下，噪声为正态分布时，其熵值最大，为最佳遮盖性干扰信号其熵值最大，为最佳遮盖性干扰信号。6.1.1遮盖性干扰的作用和分类遮盖性干扰的作用和分类1.瞄准式干扰瞄准式干扰 2.阻塞式干扰阻塞式干扰3.扫频式干扰扫频式干扰jsff2 5jrff5jrff /2,/2sjjjjfffff25jrff ,0,sjffttT6.1.2 遮盖性干扰的效果度量遮盖性干扰的效果度量压制系数压制系数Ka0.1djaspPKP PJ为雷达接收机线性系统输出端干扰信号功率 Ps为目标回波信号功率有效干扰区域：干扰机能够有效干扰的区域 为空间评价因子，

3、以表现对于不同空间位置有效干扰的重要性。 jjVE VW V dV W V6.2 射频噪声干扰射频噪声干扰窄带高斯过程( )( )cos( )njJ tUttt 称为射频噪声干扰。其中包络包络函数 服从瑞服从瑞利分布利分布，相位函数 服从 均匀分布。载频 为常数，且远大于 的谱宽。 nUt tj J t0, 26.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用雷达接收机由混频器、中放、检波器和视频放大器组成。图6-2 雷达接收机示意图6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用输入干扰信号 的功率谱2 |( )20 jjjjjfffGfff其它

4、1 |( )|20 riifffHff其它线性系统的频率响应 J t jGf iHf6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用中放输出的干扰信号仍为窄带高斯噪声，功率谱干扰信号的相关函数是Gi(f)傅立叶反变换2202( )( )()0iririijiffffGfHfGfff20sin( )( )cos2cos2riiiirfBGff dfff 中放输出的干扰信号的包络包络Ui服从瑞利分布瑞利分布6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用2222()0iiUiiiiiUp UeU6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对

5、雷达接收机的作用检波器的工作状态取决于输入信号的大小输入为大信号大信号时，检波特性近似为线性线性输入为小信号时，检波特性为平方率特性 ， 分别为检波器输出和输入信号的包络， ，分别为与检波器特性有关的常数。 00 0diiviK UUUU2 020 0iiviUUUUUvUidK当窄带高斯噪声作用于线性检波器时,输出的噪声概率分布可由(615)式的雅可比变换求得高斯噪声经过线性检波器,其输出分布为瑞利分瑞利分布布由检波器输出干扰信号包络分布分析干扰信号6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用2222()()()0UiiiiiddUp UUp Up UeUdUK6

6、.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用由检波器输出信号包络分布包络分布分析干扰信号性质干扰信号性质 输出的干扰信号包括直流分量和起伏功率输出的干扰信号包括直流分量和起伏功率直流分量（均值）总功率起伏功率（方差）起伏功率（方差）有效干扰功率有效干扰功率()2vdvvvvvUUU p UdU2220()2tvvvvvvPUU p UdU2222(2)0.432vvvvvPUU6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用 检波器输出噪声的相关函数 vB 222411122224dviiiiKBrrr 式中， 为检波器输入噪声平均功率； 为输

7、入噪声的相关系数。2i ir 020sincos2cos2siniriiiirrrBfrfrfffrf 从检波器输出信号功率谱功率谱来分析干扰信号性质干扰信号性质6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用取其前三项作近似计算 220220011coscos22424diiiirKBrr 由于检波器负载的低通作用，后两项高频谐波分量将被滤除。 202124vvrB相应的功率谱为： 22240vvvrrrGfffffff 图6-3 检波器输出的功率谱密度干扰和信号同时存在干扰和信号同时存在 目标回波信号为:s(t)=UScos0t,当s(t)与J(t)同时输入到线性系

8、统I, 由线性系统叠加定理, 输出为两信号单独作用的响应之和。混频后： 噪声输出噪声输出 信号输出信号输出6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用( )( )cos( )( )( )cos( )niSiJ tUttts tUtt6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用其合成电压为 ( )( )( )cos ( )cos( )sin( )sin( )cos( )nsiniiiJ ts tUttUtUtttU ttt(628) Ui(t)为合成信号的包络,其概率分布为莱斯分布莱斯分布,即 2222022()()0isiUUiisiii

9、iiUU Up UeIU(629) I0(x)为一类零阶Bessel函数6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用图64 信号加噪声的包络概率分布当Us=0时,幅度分布退化为瑞瑞利分布利分布当Us/i增大时,该分布逐渐由瑞利分布过渡到高斯分布当Us/i1时时,近似为以Us为均值 ,2i为方差的高斯分布高斯分布。采用类似于噪声作用于检波器的分析方法,可以求出信号和噪声同时作用时,检波器输出信号Uv(t)的概率分布线性检波器莱斯分布莱斯分布6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用射频噪声干扰对雷达接收机的作用22220222221()()()0sUUsiiddUU

10、Up Up UeIUKK雷达信号检测的基本方法:设置一个门限电平门限电平UT,将接收机输出的视频信号U与UT比较,当UUT,判定为有目标;当UUT,判定为无目标。 (1) 没有目标,但UUT, 虚警虚警, 概率为Pfa; (2) 没有目标,且UUT, 正确不发现正确不发现,概率为1-Pfa; (3) 有目标,且UUT, 发现发现,概率为Pd; (4)有目标,但Ufr。6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用干扰信号载频 fj 相对于雷达接收机中心频率 f0 的关系： 1. fj=f0 噪声调

11、幅干扰的载波频率fj等于接收机中心频率f0时,中放输出的功率谱Gi(f)为2020( )( )()11( )()()()244iijiiininiGfHfGfffUGfffGffGff其中 ( ) 0/ 2( )0nrnGfffGff其他(654) 6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用 中放输出仍然包括载波和一对对称的旁频,载波功率保持不变,而旁频功率22nrsljfPf (656)接收机线性系统I输出的干扰信号仍然是一个调幅信号 ui(t)=U0+Un(t)cos(it+) (657)6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用

12、Un(t)与原来的调制噪声Un(t)的主要差异: Un(t)是Un(t)通过带宽为带宽为fr/2低通滤波器低通滤波器输出的结果； Un(t)的功率为Un(t)的功率2n的fr/fj倍； 由于Un(t)是Un(t)通过窄带滤波器的输出,当Un(t)为高斯噪声时,Un(t)仍为高斯噪声,其分布密度为222221(),2nnUnrnnjnfp Uef (658) 6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用线性系统I输出的中频干扰信号包络Ui=U0+Un(t)也为高斯分布:202()21()2inUUiinp Ue(659) 由于限幅的影响， Un(t)已不是高斯噪声，但

13、Un(t)是谱宽Fn=fj/2的限幅噪声通过带宽为fr/2的窄带滤波器窄带滤波器所产生的。由于由于fjfr，使线性系统输出包络趋于高斯化，使线性系统输出包络趋于高斯化，限幅引起的“天花板”效应的影响将减小。fr比fj小得越多，限幅对遮盖效果的影响越小。6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用 2.012jrfff 讨论 fj - f0=fr/2的情况, fj - f0=-fr/2同理可得，此时中放输出的噪声功率谱中包括载波和下旁频带: 201224riiniUfGfffGff式中 00nrnGfffGfelse 旁频功率2142iirfnrslniffjfPGf

14、f dff(660)6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用 虽然此时的载波功率和旁频功率与fj=f0时相同,但是功率谱和输出信号的包络却不同包络却不同。 包络的概率分布（莱斯分布莱斯分布） 22022002222()()02iiUUiiiiiiinrisljUUUp UeIUfPf (667) 通常噪声调幅时,U202i220221()2iiUUiiip Ue (668) （高斯分布高斯分布）6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用中放输出中只包含上（或下）边带的部分频率分量，其实这就是窄带噪声窄带噪声，故输出功率仅为噪声功率

15、3.012jrfff222nrslijfPf中放输出噪声信号包络的概率分布为瑞利分布瑞利分布222202UiiiiiiiUp UeU6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用 噪声调幅干扰在线性系统I的输出有别于最佳干扰波形。除了|fj-f0|fr/2情况外，它的瞬时值概率分布不同于高斯分布，因此在总功率限制条件下总功率限制条件下，其干扰效果将有所下降。6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用噪声调幅干扰对雷达接收机的作用1、检波器检波器输出的干扰功率谱 接收机线性系统II的频率响应Hv(f)为 1 0 f fr/2 |Hv(f)|= 0 其它 f 检波器和线性

16、系统II输出的干扰谱与频率瞄准误差f=|fj-f0|有着十分密切的关系（因为输入的干扰信号十分密切的关系（因为输入的干扰信号分布不同）。分布不同）。6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响（1）f=|fj-f0|=0 线性系统I输出为调幅波，调幅波，检波器输出正比于其包络 Uv(t)=KdU0+Un(t) Kd为检波器传输系数；Un(t)为调制噪声，其功率等于2Psl。 检波器输出的相关函数为 Bv()=K2dU20+K2dBn() (671)Bn()为Un()的相关函数。由上式可得直流功率为直流功

17、率为K2dU20和视频噪声功率为和视频噪声功率为2K2dPsl，由相关函数得功率谱6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响 调制波的功率谱功率谱,是调幅波的功率谱沿频率轴搬移到原点,以纵坐标为轴左右折叠相加。视频噪声功率谱在0fr/2内均匀分布,并全部通过线性系统II。图6-8 检波器输出视频视频功率谱6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响 （2）f=|fj-f0|=fr/2 检波后输出包络中的直流功率为直流功率为K2dU20，起伏噪声功率噪声功率为为K2dPsl。 检波后的功率谱的矩形部分是载波与噪声各频率分量相互作用产生的，三角形部

18、分是噪声各个分量间相互作用的结果。 经过线性系统II,0,fr/2 带外的干扰功率将被滤除， 有效的起伏噪声功率仅为 K2dPsl/2。图6-8 检波器输出视频视频功率谱6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响 (3) f=|fj-f0| fr/2 作用于检波器输入端的是窄带噪声窄带噪声。 检波器的输出直流功率直流功率为: K2dPsl，视频噪声功率视频噪声功率为0.43K2dPsl，其功率谱呈三角形分布，经过线性系统II的输出功率仅为其中的3/4。即22230.430.324dsldslK PK P图6-8 检波器输出视频视频功率谱6.3.3 噪声调幅干扰对信号检

19、测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响图6-8 检波器输出视频功率谱 0/ 2/ 2rrafbffcff 6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响 2、 载波载波的影响 当载波频率接近接近雷达信号频率时，由于两者的差差拍拍，会引起回波信号的严重失真和上、下跳动。 干扰 回波信号 合成信号 合成信号包络 对干扰有利对干扰有利 cosijiu tUt cossssutUt cosijsu tu tutU ttt 222cosjsjsU tUUU Ut,jsjs载波对信号的另一个影响是强载波压制弱信号,其原理与强噪声压制弱信号的原理相同。载波的压制效果可用检波器输出对输入的

20、信号信号-干扰功率比干扰功率比表示。 它等于输入信号-干扰功率比的平方除以4 当U2jU2s时,信号-干扰功率比的损失损失是相当大6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响2222022()21()()4sjssjjjUUPUPUU6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响 3、限幅限幅的影响 限幅将降低遮盖性能,而干扰带宽fj大于接收机带宽fr,对限幅的影响将有所改善。 FC定义为同样干扰效果条件下,中放输出的限幅噪声调幅旁频功率调幅旁频功率与射频噪声功率之比,即10lgCF 相同的干扰效果中放通带内限幅噪声的旁频功率中放通带内未限幅的射频

21、功率6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响 限幅系数越小，遮盖性能越好。限幅系数影响有效调制系数mAeL。 kL越大，mA e L越大，“天花板”效应明显，遮盖性能降低。 但但是mAeL增大，旁频功率增加。 kL应根据遮盖性能和有效调制系数折中选择。图69 FC与kL、=fj/fr的关系6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响结论结论: (1) 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。从遮盖性能来说,不如射频噪声。尤其是限幅产生的“天花板天花板”效应，使遮盖性能降低。 (2) 适当选择干扰参数，可使噪声调幅干扰与最佳干扰的差别减小差别减小

22、。 (3) 噪声调幅干扰中载波的影响，改善载波的影响，改善了干扰效果。6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响噪声调幅干扰对信号检测的影响干扰参数取值范围 干扰带宽 接收机带宽接收机带宽 的的2倍倍调制噪声带宽频率瞄准误差限幅系数有效调制系数压制系数表61 噪声调幅干扰机的干扰参数的典型值jfjfnrFf 0.5rff0.7 1Lk 0.6 0.7AeLm4 4.5aAMaKK6.4 噪声调频干扰噪声调频干扰广义平稳随机过程（噪声调频干扰噪声调频干扰） 0cos2tjjFMJ tUtKu t dt 调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程，为0,2均匀分布，且与u(t)相互独立的随机变量，

23、Uj为噪声调频信号的幅度，j为噪声调频信号的中心频率，KFM为调频斜率。（678） 6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰中的调制噪声u(t)和噪声调频干扰信号的波形J(t)如图所示 图6-10 噪声调频干扰信号示意图(a)调制噪声波形(b)已调波波形(c)调制噪声功率谱(d)已调波功率谱6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰信号J(t)为广义平稳的随机过程,其均值均值 coscoscossinsin0jjjE J tE UtE UtEE UtE 协方差协方差（相关函数）222 ( ) ()cos ( )cos ()cos ()( )

24、cos ( )()2 2cos ()( )2jjjE J t J tE UttUEttttUEtt6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性222( )cos() 2()2( )2cos2 ()( )cossin2 ()( )sin22jjjPMejPMejjFMjFMjUBEtKttKtUUEKe te tEKe te t其中 02,tjFMttKe te tu t dt 将噪声调频干扰信号带入后，得6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性 当u(t)为高斯过程时，e(t)也是高斯过程，且e(t+)-e(t)也为高斯过程，Bj()可表示为 222cos2jjjU

25、Be 式中，2()为调频函数2KFMe(t+)-e(t)的方差，其为： 222420FMeeKBB 式中Be()为e(t)的自相关函数，它可由调制噪声u(t)的功率谱Gn(f)变换求得。6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性20( )0nnnnfFGfF调制噪声u(t)的功率谱Gn(f)噪声调频信号功率谱0( )4( )cosjjGBd 6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性222001 cos( )cos() expnjjjfenGUmd 简化后，噪声调频信号功率谱n= 2Fn 为调制噪声的谱宽调制噪声的谱宽,mfe= KFMn/Fn = fde/Fn 为

26、有效调频指数有效调频指数。 上式中的积分只有当 mfe1 和 mfe1 积分号内的指数随增大而快速衰减，对功率谱的贡献主要是较小时的积分区间。2cos12 可得 2222122jdeffjfjdeUGfef（688） 22( - )221( )x apex正态分布的概率密度函数6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性 由上式得到mfe1时噪声调频信号功率谱特性的结论: (1) 噪声调频信号的功率谱密度噪声调频信号的功率谱密度Gj(f)与调制噪声的概率与调制噪声的概率密密 度度pn(u)有线性关系有线性关系。当调制噪声的概率密度为高斯分布时，噪声调频信号的功率谱密度也为高斯分布。

27、利用这种线性关系, 直接对pn(u)进行雅可比变换得到Gj( f ):21()()2jjjjnFMFMUffGffpKK(689) 6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性图6-11 准线性法求功率谱密度(a)调谐特性(b)调制噪声(c)调制噪声的概率密度(d)频率变化曲线(e)功率谱密度6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性(2) 噪声调频信号的功率等于载波功率载波功率 22jjjUPGf df 这表明，调制噪声功率不对不对已调波的功率产生影响。这是与调幅波不一样不一样的。（信号幅度信号幅度功率功率）(3) 噪声调频信号的干扰带宽(半功率带宽)为2 2ln2

28、2 2ln2jdeFMnffK 它与调制噪声带宽Fn无关无关，决定于决定于调制噪声的功率n2和调谐率KFM。 （宽带噪声干扰宽带噪声干扰）(691) 6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性 2. mfe1，噪声调相信号的功率谱简化为22222222260()222/322( )()cos2 ()21()222 (/3)njnDnjDjjjjffjjDFDjnUGfeffUffedUUeffeDF(6122) 功率和带宽2220022( )(1)222 2ln21.363jjDtjnjnUUPGf dfePDFfD F(6123) 只有载波功率与噪声功率无关干扰信号带宽由调制噪

29、声带宽和有效相移一起决定6.5.1 噪声调相干扰的统计特性噪声调相干扰的统计特性2. D1时，噪声调相信号的功率谱简化为 2222()22( )0DjDjjnnjjnUeDeffffFFGfffF(6124) 总功率和干扰信号带宽为 222220( )()222jjDDtjjnUUPGf dfeD efF(6125)干扰信号带宽由调制噪声带宽决定6.5.1 噪声调相干扰的统计特性噪声调相干扰的统计特性 调相波的总功率等于载波功率。 当有效相移D很小时，功率谱在中心频率处为冲击函数，在其周围2Fn带宽内呈均匀分布，且能量集中在中心频率处； 当有效相移增加时，中心频率处的能量转化成旁频能量，但是带

30、宽保持不变； 当有效相移D远大于1时，能量主要分布在旁频中，频谱宽度展宽，功率谱密度降低。6.5.1 噪声调相干扰的统计特性噪声调相干扰的统计特性图621 调相信号功率谱图 6.5.2 影响噪声调相干扰信号的因素影响噪声调相干扰信号的因素 当D1时，调制噪声为高斯噪声时，其功率谱形状近似为高斯型。与噪声调频信号通过中放时的情形类似，影响其干扰效果的因数主要有瞄频误差 ,频谱宽度和调制噪声带宽等。仿真实例仿真实例遮盖式干扰往往需要很大的功率以达到干扰目的, 在实际应用中要受到发射机本身的限制；灵巧式干扰既能利用信号本身带来的处理增益，又能达到很好的压制式效果而得到广泛的应用和研究。遮盖式干扰和灵巧式干扰分别进行MATLAB仿真，以便直观的给出两种干扰方式的干扰效果仿真信号源： 线性调频信号 13位baker码信号线性调频信号仿真结果线性调频信号仿真结果30120254250csfMHzfMHzsBMHzpris 干信比为0dB的射频白噪声信号和载频偏差5%信号的干扰效果图05010015020025030000.51时 间 us归一化幅度压 缩 处 理 后 的 效 果 真 实 回 波 信 号射 频 白 噪 声 信 号05010015020025030000.51时 间 us归一化幅度压 缩 处 理 后 的 效 果 真 实 回 波 信 号载 频