2009年
10月
第20卷 第5期
装备指挥技术学院学报
Journal of the Academy of Equipment Command&Technology
October
2009
V01.20
No.5
两种干扰方式对雷达脉冲压缩技术的影响
刘红娅 ● 贾 鑫
(装备指挥技术学院光电装备系,北京101416)
摘
要:在简要介绍了雷达脉冲压缩技术常用的相关处理和全去斜处理技
术后,详细分析了在雷达波段相同时,这2种技术适用的条件:相关处理适用于窄带
雷达;全去斜处理适用于宽带雷达,以及射频噪声干扰和混沌相干干扰对这2种脉冲
压缩技术的干扰效果,并分别进行了仿真实验。结果表明:在干信比相同的条件下,
射频噪声干扰对窄带雷达影响显著,混沌相干干扰对这2种脉冲压缩技术都能造成
强有力的干扰。
关 键 词:雷达;脉冲压缩技术;射频噪声干扰;混沌相干干扰
中图分类号:TN 957.54 文章编号:1673—0127(2009)05—0082—05
文献标识码:A
DOI:10.3783/j.issn.1673—0127.2009.05.018
The Effect of Two Jamm ing Methods upon Radar
Pulse Compression Technique
LIU Hongya, JIA Xin
(Department of Optical and Electrical Equipment。the Academy of Equipment Command&Technology。Beijing 101416,China)
Abstract:After simply introducing the principle of correlation processing and stretch processing,
which are commonly used by radar pulse compression,the applicable conditions of each technique are
analyzed in detail:correlation processing is usually used in narrow bandwidth radar,while stretch
processing is normally used to process wide bandwidth LFM waveforms,when the radars are in the
same waveband.Following this,two interfering methods,radio noise jamming and chaotic coherent
jamming,are analyzed upon these two pulse compression techniques.The interfering effects are con—
trasted respectively by simulations.The result shows that radio noise can jam narrow bandwidth radar
prominently;chaotic coherent noise can strongly jam both of these two pulse compression techniques,
on condition that the j am signal rate is same.
Key words:radar;pulse compression technique;radio noise jamming;chaotic coherent jamming
线性调频信号是一种常用的雷达发射信号,
随后分析了射频噪声干扰和混沌干扰对这2种脉
广泛应用于各种用途的雷达,为了能分辨出目标,
雷达信号接收系统通常采用2种脉冲压缩技术:
相关处理和全去斜处理。本文以线性调频信号作
为雷达发射信号,简要介绍了这2种脉冲压缩技
术的原理L1],详细分析了这2种技术的适用条件。
冲压缩技术的干扰效果,并对其进行了仿真实验。
l脉冲压缩技术
雷达脉冲压缩技术是雷达发射时采用宽脉冲
以实现远的作用距离,接收时通过脉冲压缩获得
收稿日期:2008—06—03
作者简介:刘红娅,女,讲师,博士研究牛.主要研究方向:雷达f扰.
贾鑫,男,教授,博士生导师.
万方数据
第5期
刘红娅,等:两种干扰方式对雷达脉冲压缩技术的影响
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窄脉冲以提高距离分辨率的技术,此技术成功地
解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
程为:①对采样序列做FFT变换,对匹配滤波器
的脉冲响应做FFT变换;②两者在频域共轭相
合成孔径雷达和逆合成孔径雷达常采用线性调频
乘;③将频域相乘的结果作快速傅里叶逆变换
(1inear frequency modulation,LFM)作为发射信
号。线性调频信号的脉冲压缩技术通常有:相关
处理和全去斜处理。
1.1相关处理
相关处理器采用快速傅里叶变换(fast Fou—
rier transform,FFT),也称为快速卷积处理,可以
在基带内完成。
(inverse fast Fourier transform,IFFT),以生成
时域压缩后的脉冲。当然,在实际处理中,还需执
行加权、天线增益、距离衰减补偿。
1.2全去斜处理
全去斜处理也称为解线性调频方法‘扪,此技
术包含3个步骤:①雷达回波与参考信号(发射
波形的复制)共轭相乘;②相乘的结果进入相干
一般发射线性调频信号(LFM)的复数形
检波及模/数采样;③经过窄带滤波器提取出与
式为
s~(£)一exp(j2丌(^£+号£2)),
0≤t≤T
(1)
式中:T是脉冲宽度;卢一B/T,B是信号带宽;^
是LFM信号的起始频率。雷达回波信号与发射
信号类似,区别在于时延和幅度。考虑一个目标,
距离雷达R,则雷达接收到的回波为
Sty,(£)一口exp(j2兀(^(t--v)+号(t--v)2))
(2)
式中:口为回波幅度,它与目标的雷达截面积(rfl—
dar cross—section,RCS)、天线增益、距离衰减成
正比;时延r=2R/c,C为光速。
处理过程第1步是除去频率^。将S。。(£)
目标距离相对应的频率。由于全去斜处理能将时
延变换为频率,因此同一个距离门内的回波具有
相同的恒定的频率。
雷达发射信号与式(1)相同,目标回波信号与
式(2)相同。在全去斜处理中,参考信号的复数形
式为
s耐(£)一eXp(j2,c(^£+号户)),
0≤t≤T
(7)
即波形与发射波形相同。经过第1步处理后,得
到信号为
S1一S毒。·S。f=
口·exp(j2兀(^r+∥一号r2)),0≤£≤T
(8)
与exp(二j27【fot)相乘,输出信号的相位为
式中:*表示共轭。
x/t(t)一27【(一fof+0.5卢(£一f)2),瞬时频率为
该信号的相位为9(t)一2兀(for+prt一
‰=磊1扣∽一础-r)一p(t一芋)
(3)
0.5口,),瞬时频率为
山一磊1扣∽一ka-一P等 (9)
此时,回波经过第1步处理后,信号带宽没有
即经过处理,目标与雷达之间的距离R与信
改变。
号S。的瞬时频率成正比。
下一步是要对正交分量进行采样。为了避免
频谱重叠,基于Nyquist采样定理,采样频率^
下一步是要对信号进行采样。目标的最大足
寸w。。决定了接收起始距离R。处的瞬时信号带
满足^≥2B,采样时间间隔&≤1/2B。接收时
间长度为T,则接收时间内的总采样点数
宽,延迟接收时窗r—T。一2W。/c,则信号S-
的瞬时带宽为B7一BT。/T。为了避免频谱重
N=去≥2BT
(4)
为了更好地执行傅里叶变换,则总采样点
叠,基于Nyquist采样定理,采样频率^满足
^≥287,采样时间间隔血≤1/287,在接收时间
T内,采样点数为
数为
NFFT一2”≥N
(5)
式中:m为正整数。
参考信号的复数形式为
S。f(f)一exp(ju/g 2),0≤t≤T
(6)
N=去≥287T一2BT。
(10)
为了更好地执行傅里叶变换,仍需要按式(5)
将N个采样点增加到N肿个采样点。
1.3适用条件分析及仿真
对采样后信号进行相关处理,相关处理的过
上面简单介绍了相关处理和全去斜处理,本
万方数据
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装备指挥技术学院学报
2009年
小节用同一波段带宽不同的2部雷达对2个目标
重,【大i此对于宽带雷达,一般采用全去斜处理。设
的检测过程说明这2种处理方式的适j甘条件和处
理结果,即在图1所示中,雷达的位置上分别放置
雷达A(采用相关处理)和雷达B(采用全去斜处
理)。
接收距离窗W。。一45 m,对应的接收时间T。。:一
0.3“s,根据式(10)得采样点数N。=2B:T。。2—
240,取N:m一256,大大降低r雷达B回波处理
的T^作量。
经过处理仿真后,得到的雷达A和雷达B对
2个目标的脉压输出结果,如图2所示。其中,
图2(a)是雷达A经过相关处理后时域序列的幅
度,图2(b)是雷达B经过全去斜处理后频域序列
的幅度。从图2可以看出,经全去斜处理后,更能
分辨出目标,但这种高分辨率的处理是以增大脉
冲时宽、提高信号带宽为代价而得到的。
I
-‘_
lIfl』”N叩岍I州洲…。\ r、,、,、
.。h^
20
25
5
10
15
时问/ps
(a)雷达A对目标M波相关处理(时域)
●
0
O
8
O
6
O
4
O
2
O
O
理瑙罂基1日i
1.0
0.8
趔
趟0.6
罂
掣0.4
皿
O.2
图1雷达与I=1标之l司的位置天系
假定有2个目标,目标M1与雷达之间的距
离R.一18 003 m,其雷达截面积n。一1 m2;目标
M2与雷达之间的距离R。一18 033 m,其雷达截
面积口。一1.2 m2。看这2个目标在C波段窄带
和宽带雷达中的处理结果如何。
根据参考文献[3]中分数带宽(fractional
band width,FBW)的定义
D
BF8w一导
r o
(11)
式中:B为信号带宽;F。为发射信号的载频。如
果雷达的B,。w≤1%,则为窄带雷达;如果l%<
Br哪≤25%,则为宽带雷达。
假定雷达A,发射信号载频fc,一5.5 GHz,
信号带宽B。一5 MHz,脉冲宽度T。一25 tts。这
部雷达的分数带宽为0.09%,因此雷达A为C波
段窄带雷达。对接收信号采用相关处理,据式(4)
可得接收时间T,内的采样点数N,=2B。T。一
250,取N1FFT=256。
另一部雷达B,发射信号载频,c2—
5.5 GHz,信号带宽B。一400 MHz,脉冲宽度
T2—2.5 ms。雷达B的分数带宽比为7%,属于
C波段宽带雷达。如果雷达B也采用相关处理,
通过雷达对目标检测过程的仿真,可得出相
则接收时间T2内的采样点数2×106,这对采样
设备及作FFT的数字信号处理设备来说任务繁
关处理和全去斜处理的适用条件和处理结果,如
表1所示。
表1适用条件和处理结果对比分析
处理方式
条件与结果
相关处理
全去斜处理
参考信号Srer
Sref(t)一exp(j叫f2)
S,ef(t)一exp(j2n(fot+O.5,at2))
下面将讨论射频噪声和混沌噪声干扰对相关
处理和全去斜处理的影响。
万方数据
第5期
刘红娅,等:两种干扰方式对雷达脉冲压缩技术的影响
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2射频噪声干扰的影响
2.1射频噪声干扰
射频噪声干扰的瞬时频率随调制噪声U。(£)
(均值为0,方差为cr2)的幅度变化而变化Ⅲ。瞬
时频率为
fJ。一^+Ku。(£)
(12)
式中:^为干扰机的载频;K是调频斜率。噪声
调频干扰表示为
其干扰频谱为
Sj。=exp(j2丌(正£+K I:‰(c,)面))(13)
叫胪赢1 exp(一%笋)(14)
2.2射频噪声干扰的影响及分析
假定雷达发射信号同式(1),目标回波信号同
式(2),射频噪声干扰信号同式(13),根据相关处
理和全去斜处理的流程,为了使S洒能进入后续
的流程,干扰信号的^应该等于发射信号的厂。。
下面仿真生成射频噪声:先产生高斯噪声电压,接
着用一个六极点椭圆滤波器形成噪声带宽,然后
将滤波器输出送到一个压控振荡器,其输出就代
表调制噪声干扰机输出。分别对雷达A和雷达
B进行干扰仿真,在干信比(jam-to—signal rate,
JSR)相同的情况下(干信比=2),仿真结果如图3
所示。
趔
蜊
罂
篁
皿
趔
魁
馨
警
丑
时间/l嵋
(a)射频噪声干扰下雷达A对目标回波相关处理(时域)
●
O
O
8
O
6
O
4
O
2
O
~帅
I .^ Ih.. W删W州
.II. I
I
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
频率/MHz
(b)射频噪声干扰下雷达B对目标回波全去斜处理(频域)
图3射频噪声干扰对2种脉冲压缩处理的影响
万方数据
图3(a)是射频噪声干扰与目标回波共同经
过雷达A相关处理后的脉压输出,图3(b)是射频
噪声干扰与目标回波共同经过雷达B全去斜处
理后的脉压输出。
由图3和图2的对比可知,采用相同方法产
生的射频噪声,从干扰效果来讲,相关处理要比全
去斜处理更易受干扰。这是因为相关处理中射频
噪声信号会在整个带宽内干扰有效信号,而全去
斜处理要对信号带宽进行压缩,只有进入压缩后
带宽内的噪声信号,才能真正干扰有效信号。对于
雷达A,接收机信号带宽是5 MHz,射频噪声带
宽也为5 MHz,经相关处理,噪声在整个5 MHz
带宽内干扰有效信号;对于雷达B,接收机信号带
宽为400 MHz,射频噪声带宽也为400 MHz,但
经过全去斜处理,输出信号带宽变窄,根据接收窗
口的大小,得到带宽压缩比为1.2×10一,也就是
说,400 MHz的射频噪声带宽中只有48 kHz的
带宽能对回波信号进行有效干扰。因此,全去斜
处理后的干信比远小于全去斜处理前的干信比,
即全去斜处理使目标回波得到很高的处理增益,
但对射频噪声干扰信号有很强的抑制作用。
3混沌噪声干扰的影响
参见文献[5],混沌信号也是一种宽谱信号,
利用下面一个Logistic混沌映射
,(z)一z垃(1一z)
(15)
当U∈(3,4]时,在开区间(0,1)中随机取一
个数作为z的初值记为z。,让计算机稍作运行
(一般运行100次迭代即可),丢弃其间所有数据。
然后,再开始绘制z。的轨迹,通常对于每个U值,
绘制200"~300个点,可得到较好的图形。慢慢地
增加U值,会出现如图4(a)所示的图形,图4(b)
是该Logistic映射的幅频特性曲线,图4(c)是该
Logistic映射的相频特性曲线。
该Logistic映射具有如下特征:①对初始值
非常敏感,利用不同的初始值可得到不相关的序
列;②相位在[一,c,丌]内随机分布;③自相关函
数为冲击函数,功率密度函数为常数,具有白噪声
性质。
在文献E63中,通过取混沌噪声与目标回波的
基带信号相乘,产生基带干扰信号,成为混沌相干
干扰调制。原文并没有指明混沌噪声与目标回波
的基带信号是在时域相点乘,还是卷积,或者是在
频域相点乘。
如果混沌噪声与目标回波的基带信号是在时
86
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域对应点相乘,则意味着生成的干扰信号仍然是
个白噪声,根据第2部分的分析,相同功率的十扰
段数据(点数与后续处理所需要的点数相同),得
到的干扰信号的能量要大于目标回波能量。干扰
信号能对相关处理造成一定的影响,fEi不能影响
全去斜处理的结果。凶此混沌信号与目标回波的
基带信号在频域相点乘,再变换回时域(从仿真的
角度来看,这样只是为了得到与后续处理相同的
点数),或者这2个信号在时域卷积,从中截取一
信号与原目标回波信号共同进入雷达接收机,进
行后续处理。在干信比一2的情况下,仿真的干
扰结果见图5。图5(a)是混沌相干干扰对雷达A
(相关处理)的影响,图5(b)是混沌相干干扰对雷
达B(全去斜处理)的影响。
1
O
O
8
O
6
O
4
O
2
O
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18 20
点数/千点
(a)原信号
点数/干点
(b)幅频特性
图4
Logistic映射
趔
憾
罂
S
霉
趔
恻
罄
皋
皿
薹薹ii
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
点数/千点
(c)相频特性
时间/gs
频率/Mttz
(a)混沌噪声干扰下雷达A对日标回波相关处理(时域)
(b)混沌噪声干扰F雷达B对甘标回波全去斜处理(频域)
图5混沌相干干扰对2种脉冲压缩处理的影响
4 总 结
参考文献 (References)
经过对相关处理和全去斜处理的原理分析,
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得到了2种处理方式的适朋条件比对;并通过2
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个实例进行了仿真验证;随后分析了射频噪声干
HAI,I,/CRC,2000:249—263.
扰和混沌相干干扰对这2种处理的影响,仿真结
果显示:射频噪声干扰对相关处理影响显著,混沌
相干干扰对这2种脉冲压缩技术都能造成强有力
的干扰。对于相同波段的雷达,由于合成孔径雷
达的发射和接收信号带宽一般比较窄,而逆合成
孔径雷达的发射和接收信号带宽非常宽,所以相
同干信比条件下,射频噪声干扰能对合成孔径雷
达造成有效干扰,但对逆合成孑L径雷达的干扰效
果不明显,而混沌相干干扰适用于合成孔径雷达
及逆合成孔径雷达的十扰。
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(责任编辑:孙陆青)
万方数据
两种干扰方式对雷达脉冲压缩技术的影响
作者:
刘红娅, 贾鑫
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
引用次数:
参考文献(6条)
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频率转换速度快、频率分辨率高、频率切换中保持相位连续、易于实现多种调制功能、易于微处理器控制等优点。DDS技术近年来得到了飞速发展,在雷
达、通信、电子对抗和仪器仪表检测等方面的应用也越来越广泛。其中利用DDS技术产生雷达信号就是其应用的一个重要领域。基于DDS技术产生的线性
调频信号由于具有良好的脉冲压缩性能、抗干扰能力强和对多普勒频移不敏感等优点,是目前使用最广泛的脉冲压缩雷达信号之一。 论文从线性
调频信号产生技术着手,做了一些理论和实践上的工作。论文研究了一个高载频的宽带线性调频源的实现,对雷达发射信号进行仿真模拟。文中在简要
介绍了波形储存方式和累加器方式两种数字产生技术的基础上,详细讨论了基于DDFS方法产生线性调频信号的原理和实现方案。最后采用AD公司的DDS芯
片AD9858设计和实现了此方案的硬件电路,控制部分由单片机AT89C51来实现,并对硬件电路进行了分析。论文的研究工作为电路方案的最终实现提供了
理论依据和必要数据。
10.学位论文 袁涛 高性能数字脉冲压缩技术的研究与实现 2003
该文主要研究某型雷达脉压分系统的设计及实现.文中首先介绍了几种可用于脉冲压缩的调制信号,包括线性调频信号、非线性调频信号和相位编码
信号.结合某型雷达所使用的线性调频信号,讨论了几种数字处理技术对脉冲压缩性能的影响.最后该文在理论分析的基础上介绍了某型雷达信号处理系统
和一种基于高速通用数字信号处理器TMS320C6201实现的数字脉冲压缩系统.该系统采用了目前先进的通用数字信号处理芯片和大规模可编程器件,充分使
用了系统的资源,具有通用性好、可靠性高、易于维护等优点,可以作为通用的数字信号处理板使用.结合此雷达脉冲压缩分系统,文中指出了硬件设计和
软件设计时应该注意的问题.
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