李淑华，张凯旋

（海军航空大学青岛校区，山东 青岛 266041）

0 引言

随着电子技术的发展，推动了雷达干扰方式的快速转变，雷达的干扰方式已由传统的瞄频窄带噪声干扰和宽带噪声压制式干扰，变得越来越综合化、分布化、灵巧化，尤其是数字射频存储（DRFM）技术的发展，出现了具有多种欺骗干扰技术的回答式和转发式干扰机。DRFM 干扰是对雷达发射信号的精确“复制”，它与雷达信号的相干特性，对雷达进行目标探测构成了严重的挑战。所以，对DRFM干扰进行分析，并进行针对的抗干扰措施研究是一项十分紧迫的任务。

1 DRFM 技术原理、特点和局限性分析

DRFM 干扰是干扰机对截获雷射信号的相干存储和转发，它在接收机处理过程中可以获得与目标回波几乎相同的增益，达到对相参体制雷达干扰的目的。

1.1 DRFM 技术原理

图1 DRFM 系统工作原理

下页图1 是DRFM 系统主要组成部分［1］，其工作的主要流程为：首先将监测到的信号下变频为中频信号，随后进行采样量化处理，并将结果保存到存储器中，需要时从存储器中读取数字信号并恢复成模拟信号，最后经过上变频为射频信号发射。

1.2 DRFM 的特点

相比其他类型的干扰，DRFM 干扰有自己独特的特性［1-2］，具体表现如下：

1）相参特性。DRFM 系统可以对截获的脉冲信号进行相参复制，而且能够保留频率、幅度和相位等几乎所有信息。2）复制存储能力强。可以对信号进行长时间采样和存储，并能够保存很长时间。3）具有形成多种干扰方式的能力。对脉冲信号：长时间转发相参及非相参脉冲，可以在距离上产生许多密集假目标；与卷积干扰相结合实现压制性干扰；反复地逐渐延时转发，可以产生距离门拖引干扰；调制一个多普勒频移，可以产生距离单假目标等。

1.3 DRFM 的局限性

1）器件水平影响信号的存储长度。DRFM 存储波形的容量受到现有高速集成电路技术水平的限制，这一点在许多体积有限的移动搭载平台上体现的尤为明显。2）产生寄生信号。本振信号的泄漏、谐波以及交叉调制等都会产生干扰系统正常工作的信号。3）带宽与动态范围有限。无法对一些大带宽信号复制存储。4）时延特性。由于量化、采样过程需要一定时间，所以转发的脉冲必然会在几个雷达发射脉冲重复周期之后到达。

通过对DRFM 干扰局限性分析，为我们提供了抗干扰的思路：1）增加DRFM 干扰机对雷达信号的识别、分析以及存储的难度，使得干扰难以生成；2）利用干扰信号的时延特性，对发射信号在幅度、频率以及相位上进行一定的调制，达到降低干扰与回波信号的相干性目的。无论是上述思路1）还是2），都可以通过设计复杂的发射信号波形来实现，这也是目前对抗DRFM 干扰的重要手段之一。

2 波形设计对抗干扰的研究进展

影响雷达工作性能的最重要参数之一便是雷达的发射波形。从抗干扰角度来讲，设计具有比较复杂形式的雷达信号，对干扰机侦察、提取雷达信号和形成干扰等方面具有重要的抑制作用。

Mehrdad Soumekh 首先提出了针对传统LFM 信号的相位扰动调制方法（MT-PM LFM 和SV LFM）［3］，在此基础上，王小念、党立坤等人将上述两种方法相结合，研究了一种阶段相位扰动信号［4］，并与相位编码结合作了具体分析；LFM 信号通过脉压，可以抑制大部分随机噪声干扰，但对于相干干扰效果并不理想，随之又有学者提出了频率步进体制雷达。文献［5］分析了步进频率信号对有源干扰的抑制能力；靳凯等人提出了脉内相位编码脉间步进频雷达信号（PCSF）［6］，通过获得更大的频率步进量，进一步提高了雷达的抗干扰能力。

不同目标回波的极化特性往往具有很大差异，这使得充分利用目标散射波中的极化信息成为一种重要的干扰对抗手段。例如，罗金亮等结合跳频与极化编码两种信号特点研究了一种复合型信号［7］；文献［12］提出脉间采用垂直和水平线极化的极化编码，使雷达距离分辨率有了很大提高；乔晓林等提出脉内相位编码，脉间水平和垂直线极化的极化编码信号调制方式［8］，提高了雷达的抗干扰性能和作用距离。

3 波形设计基本原则

根据DRFM 干扰的特征，本文主要考虑从两个方面对设计的发射波形抗干扰能力进行评价：一是低截获性，降低干扰机截获到雷达信号的概率，增加其对发射信号的识别难度，从源头上减少雷达受到DRFM 干扰的可能；二是对雷达信号进行参数捷变设计，利用干扰机延时转发的干扰信号与目标回波间的差异，经接收机匹配滤波处理后抑制干扰信号。

3.1 低截获雷达波形（LPI）设计准则

“侦查目标的同时不被敌方侦查到”［9］是LPI 技术的核心。如图2 所示。

图2 雷达、目标和干扰机的相对位置关系图

定义截获概率因子α［10］：

显然，α 越小，信号的低截获性能越好。依据文献［7］中给出的α 与雷达系统各参数的关系可知，α与雷达的有效距离、天线增益、干扰机损耗等许多因素有直接关系。本文只考虑与波形设计有关的因素：信号的时带积。

式（2）为α 与信号时宽带宽的关系。关于雷达信号的时宽带宽对LPI 特性的影响，文献［9］作了详细讨论。对脉压体制的雷达来说：

3.2 参数捷变波形设计准则

根据匹配滤波的定义可知，对输入信号进行匹配，其结果为输入信号与脉压系数的互相关函数（在无噪声情况下）。因此，为对抗干扰机延时转发（图3）的DRFM 干扰，需要使相邻（接收回波信号后，要先进行距离解模糊，然后进行匹配滤波处理）两脉冲重复周期内信号互相关性更低。

图3 真实回波、干扰信号和脉压系数之间关系

其中*为取共轭。下面具体分析参数捷变雷达波形抗DRFM 干扰的处理过程。

设在第m 个脉冲重复周期内，雷达接收到回波信号：

式中，y1（t）可以看作发射信号的自相关函数，y2（t）则可以看作干扰与发射信号的互相关函数。

在此采用这样一个信号抗干扰性能分析准则［13］：一定输入信干比下，如果互相关函数峰值低于自相关函数峰值达到3 dB 以上，说明经过脉压处理后可以从干扰中检测出目标回波，可以实现对抗干扰的效果。

4 一种脉内非线性调频脉间极化编码信号设计

4.1 相位扰动LFM 信号

4.1.1 MT-PM LFM 信号

传统雷达系统大多采用的是线性调频信号：

当0≤t≤Tp时，a（t）=1，其余时刻为零；k 为调频斜率，fc为载频，Tp为脉冲持续时间。

MT-PM 信号［2，11］通过对线性调频信号附加一个小的相位扰动，令发射信号在脉冲持续时间内存在相位扰动，第m 个脉冲重复周期内的MT-PM 信号表示如下：

其中，φm（t）为调制的相位扰动，它采用伪随机信号

4.1.2 SV LFM 信号

相位扰动也可以通过改变线性调频信号的斜率实现，令在第m 个脉冲重复周期内，幅度信号a（t）的相位定义如下：

其中，γm为调频斜率扰动参数，它必须选择原调频斜率k 的某一百分比，以保证a（t）的带宽是原信号带宽的一部分，而且不同脉冲重复周期内的信号脉冲持续时间应与其有效调频斜率k+γ 成反比关系。

4.2 极化编码调制技术

所谓极化编码调制技术，是指采用伪随机码对发射端射频载波的极化方式进行调制，来获得极化编码雷达信号的技术［12-15］。其形式表示为：

式中，j 表示频域的正交分量；i 表示极化域的正交分量。

将E（it）表示为脉冲函数，则可以表示为对应的极化调制函数。如果选取水平和垂直的线极化作为基底，使雷达发射的每一个脉冲信号其极化方式在垂直和水平极化之间捷变，并结合一定的编码方式来进行编码，便产生相应的极化编码信号。

4.3 脉内非线性调频脉间极化编码的组合波形设计

在雷达系统中应用很广的单一调制信号（如线性调频、相位编码等），由于它们的时带积、复杂度等参数的限制，已经渐渐不能满足雷达对发射信号的需求。所以，组合调制波形逐渐成为雷达波形设计的主要研究方向，组合波形具有更复杂的带内特征，可以将不同调制方式的优点结合起来，产生性能更好的发射波形。

在前文的基础上，本节研究一种脉内非线性调频，脉间极化编码的组合波形。将MT-PM LFM 信号与SV LFM 信号相结合作为脉内调制方式，脉间采用伪随机码对发射端射频载波的极化方式进行调制，具体方法如下。

脉内：第m 个脉冲重复周期内信号表示形式为：

脉间：设雷达脉冲重复周期为T，选取垂直、水平线极化基，发射的各个脉冲的极化方式在垂直和水平线极化之间按照伪随机码Pk捷变，其表达式为：

结合两者，就可以得到脉内非线性调频脉间极化编码信号，形式为：

4.4 抗干扰性能分析

4.4.1 时宽带宽积

本文提出的脉内非线性调频脉间极化编码信号，其带宽大小主要由脉内采用的非线性调频信号决定。线性调频信号是一种大时宽带宽积信号，它通过对宽脉冲进行调制，获得了与窄脉冲相同的大带宽，是一种比较理想的低截获波形。对于脉内非线性调频信号式（14），其相位扰动：

表1 极化与相位调制的对应关系（以13 位巴克码为例）

当进行相位的调制时，相位参数（amn，ωmn，θmn）采用的是伪随机序列，并且ωmn的取值是在原LFM 信号基带范围内；同时a（t）带宽是原信号带宽的一部分，γm选择为原信号调频斜率k 的某一百分比。基于以上分析，本文所设计脉内非线性调频脉间极化编码信号也是一种大带宽信号，具有大的时宽带宽积。设置仿真参数如下：脉冲时间为10 μs，信号带宽为30 MHz，ω 服从（0，1 MHz）内均匀分布，a 服从高斯分布，θ 服从（0，2π）内均匀分布，仿真得其频谱图如图4 所示：

图4 脉内非线性调频信号频谱图

此外，脉内非线性调频脉间极化编码信号是在脉内调制随机的不同调频斜率基础上，增加了一定的相位变化，并且脉间采用伪随机码对发射信号的极化方式进行调制，使得波形的复杂度得到了大大的增加，干扰方要实现对雷达信号的参数估计并复制转发就更难了，因此，具有较好的抗干扰性能。

4.4.2 自、互相关性分析

由3.2 可知，对输入信号进行匹配滤波，其结果为输入信号与脉压系数的互相关函数。将所设计信号代入式（5），可得其自相关与互相关函数。

图5 为脉内非线性调频脉间极化编码信号某一脉冲重复周期内自相关函数仿真图，图6 为不同脉冲重复周期的信号互相关函数图。

图5 自相关函数图

图6 互相关函数图

由上图可知，设计信号的自相关性能很好，而不同周期的信号具有很弱的相关性。而且互相关函数峰值低于自相关函数，峰值达到15 dB，满足波形设计的要求，说明经过脉压处理，可以从干扰中检测出目标回波。可见针对DRFM 干扰，所设计的信号具有很好的抗干扰性能。

5 结论

本文通过对DRFM 原理的分析，以低截获性和参数捷变为准则，设计了一种组合雷达发射波形，并对该信号的频谱、互相关和自相关函数进行了仿真，验证了其具有对抗DRFM 干扰的性能。此外，由于在信号设计过程中进行了极化编码设计，所以在信号接收时，首先需要对回波信号进行极化解码，如何对信号进行有效的解码，以最大程度地获取目标信息滤除干扰，这是下一步需要重点研究的内容。