灵巧噪声干扰效能仿真研究乔安哲.doc

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1、摘 要 现代新体制雷达普遍采用了抗干扰波形设计以及相参处理等技术，大大提高了雷达的抗干扰能力，这使得传统的雷达有源干扰方法相对失效，因此研究新的干扰方法对敌方雷达进行有效干扰成为一项重要研究课题。灵巧噪声干扰是目前干扰新体制雷达的有效手段，它兼有欺骗干扰和噪声干扰的特点，能够更好的利用干扰能量，具有良好的干扰性能，因此对其进行深入的研究具有重大的战略意义。 本文正是在已有研究成果的基础上，对灵巧噪声干扰进行了较为全面的效能仿真研究。首先对灵巧噪声干扰的概念和特点进行了介绍，然后针对线性调频与相位编码这两种不同雷达发射信号，分别研究了三种灵巧噪声干扰：卷积调制灵巧噪声、数字多时延灵巧噪声和间歇采

2、样转发干扰信号，重点采用时频分析的方法对它们各自的干扰特性进行了仿真分析。最后对建立的脉冲压缩雷达系统模型进行了干扰效果仿真，给出了干扰效果的定量分析，并且与雷达传统噪声干扰效果进行比较，指出了灵巧噪声干扰的优越性。关键词：灵巧噪声干扰 线性调频 相位编码 时频分析 Abstract The anti-jamming waveform design and coherent processing technologies arewidely used in the new system of radar which greatly enhances the anti-jammingcapabi

3、lity of modern radar and makes the traditional interference measures becomeinvalid relatively. So the research of effective interference to enemys radar becomes animportant topic. Smart noise jamming is an effective means to interfere the new systemof radar currently which has the characteristics of

4、 both deceived interference and noisedisturbance can make a better use of interference energy and has a good interferenceperformance. Therefore making deep study in it is of great strategic significance. Based on the existing research results a more comprehensive performancesimulation is carried out

5、 in this paper. Firstly the concept and characteristics of smartnoise jamming are introduced. Then in the face of LFM signal and PCM signal threekinds of smart noise jammings which are the convolution modulation smart noise thedigital multi-sample delay smart noise and the intermittent sampling repe

6、ater jammingsignal have been studied in the paper. The paper focuses on the time-frequency analysisfor their respective simulations of interference properties. Finally the simulation ofinterference effect on the system model of the pulse compression radar is made and thequantitative analysis of inte

7、rference effect is given. Compared with the traditional radarjamming the advantages of smart noise jamming are pointed out.Keywords: smart noise jamming LFM PCM time - frequency analysis 目 录第一章 绪论.1 1.1 背景和意义.1 1.2 国内外研究现状.2 1.3 本文主要内容.3第二章 雷达干扰技术.5 2.1 雷达干扰概述 .5 2.2 遮盖性干扰 .6 2.2.1 射频噪声干扰.6 2.2.2 噪声

8、调幅干扰.7 2.2.3 噪声调频干扰.8 2.2.4 遮盖性干扰的优缺点. 9 2.3 欺骗性干扰 .10 2.3.1 欺骗性干扰概述.10 2.3.2 欺骗性干扰的优缺点. 11 2.4 灵巧噪声干扰 . 11 2.4.1 灵巧噪声干扰概述. 11 2.4.2 数字射频存储器DRFM技术简介.12 2.4.3 标准雷达发射信号 . 14 2.4.4 时频分析方法 . 20 2.5 本章小结 . 21第三章 卷积调制灵巧噪声.23 3.1 卷积调制灵巧噪声基本原理 .23 3.2 卷积调制灵巧噪声干扰特性分析 .24 3.2.1 线性调频信号的卷积调制灵巧噪声特性仿真分析.24 3.2.2

9、相位编码信号的卷积调制灵巧噪声特性仿真分析 . 28 3.3 移频卷积调制灵巧噪声干扰特性分析 .30 3.3.1 移频干扰原理.30 3.3.2 移频卷积调制灵巧噪声干扰特性仿真分析 . 31 3.4 本章小结.33第四章 数字多时延灵巧噪声.35 4.1 数字多时延灵巧噪声基本原理 .35 4.2 数字多时延灵巧噪声干扰特性分析 . 37 4.2.1 线性调频信号的数字多时延灵巧噪声特性仿真分析. 37 4.2.2 相位编码信号的数字多时延灵巧噪声特性仿真分析 . 38 4.3 移频数字多时延灵巧噪声干扰特性分析 . 39 4.4 本章小结 . 42第五章 间歇采样转发干扰信号. 43 5

10、.1 间歇采样转发干扰信号基本原理 . 43 5.2 间歇采样转发干扰信号特性分析 . 44 5.2.1 线性调频信号的间歇采样干扰信号特性仿真分析. 44 5.2.2 相位编码信号的间歇采样干扰信号特性仿真分析 . 45 5.3 本章小结 . 47第六章 灵巧噪声干扰效能仿真分析. 49 6.1 灵巧噪声干扰效能分析 . 49 6.2 灵巧噪声干扰效果仿真分析 . 50 6.2.1 脉冲压缩雷达系统模型. 50 6.2.2 灵巧噪声干扰效果仿真分析. 51 6.3 本章小结 . 55结束语. 57致 谢. 59参考文献. 61 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 背景和意义 电子战是现代

11、化战争中一种特殊的作战方式，也是一种重要的作战手段。纵观人类历史战争，特别是 20 世纪后期的高技术局部战争，在一幕幕惊心动魄的战争画面中，无不蕴含着电子战的“刀光剑影”。在第一次世界大战中，电子战令数十艘舰船葬身海底；海湾战争，美军的电子战瘫痪了伊拉克的战争机器；科索沃战争，电子战使“F-117”不可战胜的神话成为泡影等等，以至于电子战成为文韬武略的拐杖和逢战必用的“杀手锏”。战争实践表明，仅仅使用电子战，就可以使敌方侦察无能、信息中断、雷达迷盲、武器失控、指挥瘫痪。海湾战争后， “通过美军强大的电子攻势，在短短在美国国防部致国会的最后报告中写到：的几个小时之内，伊拉克领导机构的关键部分、指

12、挥与控制网络、战场防空系统等都陷入了瘫痪状态”。可以想象，电子战将成为未来战争的主战场之一，它将先于战争开始并贯穿于整个战争的始末，电子战的成败对整个战争的胜负起关键性作用。而雷达作为电子战的眼睛，先进雷达的威胁和对先进雷达的电子攻击是电子战中重点关注的主要矛盾对象之一，因此研究雷达威胁和雷达干扰技术是国内外极为重视的课题12。 在现代高技术战争条件下，雷达面临着低空以及超低空突防、综合电子干扰、反辐射导弹和目标隐身“四大威胁”，总是被敌人作为优先打击的对象，生存环境非常严峻。因此伴随着雷达技术的迅速发展，各种新体制雷达不断出现。为了躲避越来越强的电子干扰软杀伤和反辐射导弹硬杀伤的威胁，新体制

13、雷达具有一个共同特征即低截获概率LOW PROBABILITY OF INTERCEPT简称LPI。低截获 “雷达探测到敌方目标的同时，敌方截获到雷达信号的概率最概率雷达的定义是：小”。根据匹配滤波理论，对于脉压比为 N 的信号，脉压后信噪比提高 N 倍，而侦察方若没有脉压信号的先验知识，侦察设备将对脉压信号失配，无法获得脉压处理增益。同时雷达可以降低发射信号峰值功率，降低雷达检测信号所需的单脉冲信噪比，这些都将提高雷达低截获性能。脉冲压缩雷达正是在此基础上产生的一种新体制雷达。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接收时采用相应的匹配滤波算法获得窄脉冲，以提高距

14、离分辨率，较好的解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。在这种情形下，传统雷达干扰技术的缺陷逐渐显露，所以以美国“爱国者”和“宙斯盾”系统为典型代表的各种先进防空导弹武器系统，都采用了脉冲压缩体制雷达的体系。 传统雷达有源干扰按照干扰信号作用的原理分为遮盖性干扰和欺骗性干扰。2 灵巧噪声干扰效能仿真研究它们各有优点，遮盖性干扰不需要了解太多敌方雷达的信息，例如雷达的信号特征和信号处理的环节，只需要知道雷达的工作频率。干扰设备比较简单，对传统雷达目标检测系统的干扰效果好。欺骗性干扰主要优点是所有的干扰功率均被雷达吸收，可以部分或者全部得到雷达的处理增益。与噪声干扰情况一样，当干扰信号注入到雷达

15、天线方向图的主瓣时，欺骗目的就可以很容易地实现。但是遮盖性干扰主要采用非相参噪声调制的干扰信号，干扰功率谱较宽，能量分散，经脉冲压缩后，噪声能量大部分被滤除，干扰能力减小；部分欺骗干扰信号也不能做到与雷达信号相参，对相参雷达的欺骗效果同样很差3。 因此，传统的干扰形式已经难以对付新体制雷达以及灵活多变的抗干扰措施，必须发展灵活的干扰方式和精巧的干扰信号样式。近年来，雷达干扰的研究有了很多新的发展，并且出现了一系列新的干扰技术。灵巧噪声干扰正是在这种情况下出现的新式干扰方式之一18，这也正是研究灵巧噪声干扰技术的意义所在。并且近年来随着数字射频存储技术DRFM的逐步成熟与广泛应用，使得灵巧噪声干

16、扰技术成为了尤为引人注目的新型干扰，也使得灵巧噪声干扰的理论研究有了实用方向。 1.2 国内外研究现状 在现代高科技技术的推动下，随着电子战装备技术、战术应用的发展，未来的电子干扰在装备水平和战术应用上都会跃上一个新的台阶，更加有效地保护己方人员和设施，破坏敌方威胁系统，在电子攻击中扮演更加重要的角色。因此，研究和发展对雷达的干扰是国内外极为重视的课题。在分析各种干扰样式对敌方雷达干扰效果的基础上，寻找更加有效的对现代雷达的干扰样式和干扰方法，无疑对雷达对抗装备体制的发展以及在未来高技术条件下打赢一场局部战争具有重要的意义。 随着现代雷达理论的日趋成熟，以及其它相关电子技术的高速发展，雷达的工

17、作频段已从单一的波段扩展到整个微波波段，雷达的工作体制也从简单的脉冲雷达发展到脉冲多普勒雷达和脉压等新体制全相参雷达。脉内和脉间相干技术在雷达中的应用不仅改善了雷达性能，而且对于似噪声信号具有非常大的处理增益，再加上雷达采用超低旁瓣天线以及相干旁瓣对消或旁瓣匿影等技术，使得传统的噪声干扰机对现代雷达已难于进行干扰。因此近些年来对雷达干扰技术的研究逐步加深，相继出现了 “干扰功率管理”、 “自适应干扰”、 “抵 “分布式组网干扰”、近式组网干扰”、“灵巧噪声干扰”等一系列新的干扰技术45。 灵巧噪声干扰正是基于相参干扰的角度提出的一种新式干扰技术，自从灵巧噪声干扰的概念提出以后，这种干扰信号便得

18、到了深入研究。但是由于其军事目 第一章 绪论 3的和用途，国外有关其建模和仿真、建库等方面研究的报道很少，国内目前对灵巧噪声干扰的研究也处于起步阶段。文献10首先介绍了灵巧噪声的概念；文献12分别对脉冲延迟叠加干扰，基于移频技术的密集假目标干扰，前沿复制干扰，等间隔取样四种灵巧噪声干扰进行了干扰效果仿真；然后文献7与文献13在卷积调制干扰的基础上，运用噪声卷积调制产生出一种较好的灵巧噪声干扰波形，并对其干扰效果进行了仿真说明；在此基础上发展起来了文献14提出的参差间隔采样干扰信号以及文献9提出的数字多时延灵巧噪声信号，并且都对其干扰效果进行了仿真验证；近年来，在等间隔取样干扰信号的基础上，文献

19、29提出了间歇采样转发干扰信号，并着重针对线性调频信号脉压雷达阐述了其基本原理，描述了干扰效果。以上这些干扰信号在雷达处理中可以获得全部或部分处理增益，与传统噪声干扰相比大大增加了干扰利用功率，并且具有很好的欺骗干扰效果。在此基础上，相继出现了利用灵巧噪声干扰信号对新体制雷达干扰的研究，例如文献7对线性调频脉压雷达进行了灵巧噪声干扰研究，文献17面向脉冲压缩雷达进行了灵巧噪声干扰方法研究与仿真分析，文献30对线性调频脉压雷达进行了间歇采样转发干扰效果研究等等。 可以看出，虽然目前对灵巧噪声干扰的研究比较多，但是范围都比较局限，研究往往集中于概念性阐述和波形的产生，对其干扰效果的仿真也不够完备，

20、并且对干扰信号分析时也仅仅局限于使用频谱分析方法的阶段以及集中于对线性调频脉冲压缩雷达的干扰效果研究，目前还缺乏对相位编码脉冲压缩雷达的灵巧噪声干扰仿真分析评估。 1.3 本文主要内容 本文正是基于灵巧噪声干扰的定义及研究要求，选取了三种不同形式的灵巧噪声干扰信号，对其干扰特性进行了全面的仿真研究，主要工作如下： 1.研究了卷积调制灵巧噪声干扰信号，并运用时频分析方法对线性调频信号与相位编码信号的灵巧噪声干扰信号系统的进行了干扰特性分析，最后针对灵巧噪声干扰信号总是出现在真实目标信号之后的缺点，加入移频量得到移频灵巧噪声干扰信号，对其干扰特性同样进行了仿真说明； 2.研究了数字多时延灵巧噪声干

21、扰信号，同样运用时频分析方法对线性调频与相位编码两种不同发射信号的干扰信号进行了干扰特性分析，最后对其产生方法进行了改进，得到多移频干扰信号； 3.研究了间歇采样转发干扰信号，说明了其主假目标与假目标群受间歇采样周期以及占空比影响，在此基础上，运用时频分析方法对其进行了干扰特性分析； 4.针对脉冲压缩雷达的特点建立了脉冲压缩雷达接收系统的数学模型，运用4 灵巧噪声干扰效能仿真研究各种灵巧噪声信号对两种不同发射信号的脉压雷达接收系统模型实施了干扰效果仿真，并与雷达传统有源干扰技术的干扰效果进行了对比，说明了灵巧噪声干扰的优越性。 第二章 雷达干扰技术 5 第二章 雷达干扰技术 2.1 雷达干扰概述 雷达就是经馈线和收发开关由发射天线辐射出去电磁波，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标相关信息的一种电子装备。 雷达干扰的作用就是利用各种设备和器材辐射、反射、散射或吸收电磁能量，使其不能发现目标，不能检测有用信息或跟踪目标，以阻碍雷达的正常工作，从而降低雷达应有的效能。本文主要讨论的是采用无线电的方法，通过辐射或散射干扰信号进入雷达接收机，破坏和扰乱雷达正常工作的干扰方式。目前对雷达干扰的分类方法有很多，一种较为常用的分类方法，如下图所示8： 噪声调幅干扰 遮盖性干扰 噪声调频干扰 .