一種對雷達進行幹擾的方法、裝置及頻控陣幹擾機與流程

2023-05-03 15:25:51

本發明屬於電子對抗中的雷達幹擾技術領域，具體涉及一種對雷達進行幹擾的方法、裝置及頻控陣幹擾機。

背景技術：

雷達幹擾是電子對抗中的一個重要組成部分，也是現代電子戰必不可少的一部分。隨著戰場空間日益複雜的電磁環境，世界各國都在尋找最優的解決方案來有效地控制電磁空間。隨著雷達理論的不斷豐富和完善，先進的電子技術也不斷地在雷達系統中得到廣泛地應用，出現了脈衝都卜勒雷達、脈衝壓縮雷達、相控陣雷達以及合成孔徑雷達等多種新體制雷達。這些新體制雷達綜合運用了各種抗幹擾技術，顯著地降低了傳統的壓制性幹擾和欺騙性幹擾的效果，大大提高了雷達系統的抗幹擾能力，這對雷達幹擾技術研究提出了嚴峻的挑戰。

在雷達幹擾中，除了要保證幹擾信號擁有足夠的幹擾功率，在頻率、方向和極化上對準敵方雷達以外，還需要一種良好的幹擾樣式以便對雷達實施有效的幹擾。因此新體制雷達的有效幹擾問題成為了幹擾界研究的熱點，基於數字射頻存儲器(digitalradiofrequencymemory,drfm)的相干幹擾技術得到了廣泛的應用。drfm可以截獲、存儲、處理、複製敵方雷達信號，目前，基於drfm的靈巧噪聲幹擾、逼真多假目標欺騙幹擾等為雷達提供了新的有效幹擾樣式。

採用相干幹擾技術可使進入雷達接收機的幹擾信號獲得與真目標回波相同的相干處理增益，它與噪聲幹擾或其他欺騙幹擾樣式最大的不同之處在於它能精確模仿雷達發射信號的波形。傳統的壓制性幹擾是使用幹擾發射設備發射大功率幹擾信號，使敵方的雷達接收機過載飽和或使有用信號被幹擾覆蓋，但這種幹擾方式對於新體制雷達的幹擾效果並不十分理想，它無法獲得匹配接收的增益，導致大部分的幹擾能量都沒有得到利用，此外，其暴露性幹擾的特性更是很容易被敵方雷達所察覺。因此，現代雷達主要採用欺騙性幹擾方式，其中轉髮式幹擾和靈巧幹擾得到了廣泛的應用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種對雷達進行幹擾的方法、裝置及頻控陣幹擾機，頻控陣幹擾機以數字射頻存儲器作為前端基本部件，對接收到的雷達反射信號進行存儲處理，靈活使用轉髮式幹擾或靈巧幹擾，最後通過頻控陣天線發射幹擾信號，以產生比常規幹擾更多的假目標，有效的破壞雷達對我方運動目標的檢測與跟蹤。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種對雷達進行幹擾的方法，包括以下步驟：

(1)獲取來自所述雷達的偵查區域中的被偵查目標的反射信號；

(2)複製所述反射信號以得到原始幹擾信號；

(3)根據預先設定的頻率差和基準頻率，通過頻控陣天線發射所述原始幹擾信號以幹擾所述雷達。

本發明的有益效果是：

本發明通過將頻控陣技術應用到對雷達的有效幹擾，此幹擾以欺騙性幹擾為主，該方法具有幹擾能力強，幹擾效率高，幹擾隱蔽性強等特點，在針對各種新體制雷達時極具研究及應用價值。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述頻控陣為線性陣列，所述頻控陣中的各個陣元的發射信號為：

其中，j(t)為原始幹擾信號，m為陣元的標號，fm為第m個陣元的發射載頻，fm＝f0+(m-1)·δf，f0為基準頻率，δf為頻率差。

上述進一步方案的有益效果為：線性調頻信號通過對載波頻率進行調製可以增加信號的發射帶寬並在接收時實現脈衝壓縮，有效解決了雷達系統作用距離和距離解析度之間的矛盾。

另外，本發明還提供了一種對雷達進行幹擾的裝置，包括：

信號獲取模塊，用於獲取來自所述雷達的偵查區域中的被偵查目標的反射信號；

信號複製模塊，用於複製所述反射信號以得到原始幹擾信號；以及

信號發射模塊，用於根據預先設定的頻率差和基準頻率，通過頻控陣天線發射所述原始幹擾信號以幹擾所述雷達。

進一步，所述頻控陣為線性陣列，所述頻控陣中的各個陣元的發射信號

其中，j(t)為原始幹擾信號，m為陣元的標號，fm為第m個陣元的發射載頻，fm＝f0+(m-1)·δf，f0為基準頻率，δf為頻率差。

進一步，所述裝置位於所述偵察區域之外。

另外，本發明還提供了一種頻控陣幹擾機，包括：根據以上所述的對雷達進行幹擾的裝置。

進一步，所述頻控陣幹擾機為多臺，每臺頻控陣幹擾機可單個輪流工作或多個協同工作。

上述進一步方案的有益效果為：敵方偵察雷達難以識別到我方幹擾機的幹擾規律，並且當存在多個運動目標時，大量的假目標生成會嚴重影響敵方雷達的正常工作，使其失去探測功能。

進一步，所述頻控陣幹擾機為多臺，每臺頻控陣幹擾機可單個輪流工作或多個協同工作。

上述進一步方案的有益效果為：敵方偵察雷達難以識別到我方幹擾機的幹擾規律，並且當存在多個運動目標時，大量的假目標生成會嚴重影響敵方雷達的正常工作，使其失去探測功能。

進一步，所述頻控陣幹擾以數字射頻存儲器作為前端基本部件，以頻控陣天線作為後端發射部件。

上述進一步方案的有益效果為：數字射頻存儲器可以截獲、存儲、處理、複製雷達信號，目前，基於數字射頻存儲器的靈巧噪聲幹擾、逼真多假目標欺騙幹擾為雷達提供了新的有效幹擾樣式；同時，通過頻控陣天線來發射幹擾信號，使每個陣元之間發射的幹擾信號在頻率上都是不同的，一方面，採用陣列的形式加強幹擾信號的功率，另一方面，發射的幹擾信號在頻率上呈現出了差異性，對雷達的目標在頻域上的探測造成嚴重的困擾。

附圖說明

圖1為本發明利用的均勻線性頻控陣的陣列結構示意圖；

圖2為本發明的應用場景建模圖；

圖3為本發明的總體流程圖；

圖4為單天線轉發乾擾接收機時頻目標搜索圖；

圖5為頻控陣轉發乾擾接收機時頻目標搜索圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。

本發明針對現有技術的不足設計一種對雷達進行幹擾的方法，該方法創新點在於對頻控陣這種新型陣列的應用，將頻控陣應用於幹擾機上得到比傳統幹擾機具有更有效的幹擾效果。頻控陣的概念源於相控陣，相控陣雷達的優勢之一在於可自由地實現波束的空間掃描，通常其每個陣元發射、接收同一信號，通過調整移相器的相移量實現波束的空域掃描。因此當前，相控陣已經廣泛應用在現代通信、雷達和導航等系統當中。頻控陣與相控陣不同之處在於頻控陣在相鄰陣元的載波頻率之間存在一個較小的頻率增量，其概念的提出本身是為了改善相控陣波束不具有的距離依賴性，為抑制距離依賴性的幹擾和雜波提供了可能。頻控陣波束是時間、角度和距離的周期函數，通常我們使用均勻線性的頻控陣陣列結構，m個發射天線間距d均勻排列。

如圖1所示為本發明利用的均勻線性頻控陣的陣列結構示意圖，第一個陣元的發射信號載頻記為f0，相鄰陣元發射信號載波頻率差為δf，那麼第m個陣元發射信號的載波頻率為：

fm＝f0+(m-1)·δf,m＝1,2,···,m(1)

在本發明的一個實施方式中，我們通過頻控陣天線來發射幹擾信號，使每個陣元之間發射的幹擾信號在頻率上都是不同的，一方面，採用陣列的形式加強幹擾信號的功率，另一方面，發射的幹擾信號在頻率上呈現出了差異性，對敵方雷達的目標在頻域上的探測造成嚴重的困擾。

假設發射的原始幹擾信號為j(t)，那麼通過頻控陣每個陣元發射的信號為：

當第m個幹擾信號發射到遠場的(rm,θ)位置時，其信號表達式為

其中，

rm＝r-(m-1)dsinθ(4)

θ為目標方向，r為參考陣元即第一個陣元到目標的距離。

將(1)、(2)、(4)帶入式(3)，可得信號：

通過化簡，忽略極小項，可得在遠場目標處的幹擾信號疊加的結果為：

其中，指數項的第一項體現了fda的時變性，第二項與相控陣的相位差一樣，第三項體現了fda的距離和頻率增量依賴性，第四項體現了fda在距離和角度上存在耦合的關係，其效果為利用頻控陣陣列的頻偏特性，實現比傳統幹擾方法更佳的幹擾效果。

由此可見，fda波束方向圖不僅具有角度依賴性，還具有時間和距離依賴性。

脈衝都卜勒雷達是利用目標與雷達之間相對運動產生的都卜勒效應來實現測速功能的一種新型雷達。脈衝都卜勒雷達的提出是為了解決機載下視雷達強地雜波幹擾的問題，它是一種利用都卜勒效應檢測目標信息的全相參體制的雷達，能實現對雷達信號脈衝串頻譜單根譜線濾波，具有對目標進行速度分辨的能力，可以更有效的解決抑制極強的地雜波幹擾的問題。此外，脈衝都卜勒雷達能夠同時敏感的測定距離、速度信息，能夠利用都卜勒處理技術實現高解析度的合成孔徑圖像。由於現絕大多數機載雷達都採用了脈衝都卜勒體制，因此本發明中的雷達也建模為脈衝都卜勒雷達。

本發明的一個實施方式中所採用的雷達信號為線性調頻(linearfrequencymodulation，lfm)信號，其大時寬的特點提高了雷達系統的速度分辨力和測速精度，其大帶寬的特點又提高了雷達系統的距離分辨力和測距精度。同時，為提高雷達系統的作用距離要求信號具有大的能量，脈衝壓縮技術有效地解決了雷達系統作用距離和距離分辨力之間的矛盾。線性調頻作為一種脈衝壓縮技術，成為了現代雷達最常用的雷達信號之一。線性調頻信號的時域表達式為s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中，f0為載波頻率，kr為調頻率。設脈衝持續時間為t，調頻帶寬為b，則調頻率kr＝b/t。線性調頻信號經過壓縮處理後接收的信號，其輸出脈衝峰值功率是輸入脈衝峰值功率的d倍，d為脈壓比，d＝bt。在發射機輸出功率一定的情況下，接收機輸出的目標回波信號經過匹配濾波壓縮處理，具有更窄的脈衝寬度和更高的峰值功率，這就同時提高了雷達系統的距離分辨力和探測距離，這種獨特的優越性使其應用前景十分可觀。

如圖2所示為本發明的應用場景建模圖，建立應用場景模型，圖中的t區域為敵方偵察雷達的監測保護區域，我方的頻控陣幹擾機為避免被敵方雷達檢測到，設計為在t區域之外的地方靈活放置，頻控陣幹擾以數字射頻存儲器作為前端基本部件，以頻控陣天線作為後端發射部件。假設圖中的ji點為頻控陣幹擾機所處的位置，i的個數可靈活配置。敵方雷達建模為單基地的脈衝都卜勒雷達，處於圖中的e點。我方頻控陣幹擾機的目的就是將進入敵方雷達偵察區域的我方運動目標隱藏，通過形成多個假目標的假象使敵方雷達無法正常監測我方的運動目標，從而使敵方雷達無法判斷出我方真實目標所處的位置以及其運動的速度。頻控陣幹擾機可單個輪流工作，也可多個協同工作，這樣的工作方式可以使敵方偵察雷達難以識別到我方幹擾機的幹擾規律，並且當存在多個運動目標時，大量的假目標生成會嚴重影響敵方雷達的正常工作，使其失去探測功能。本發明的技術方案基於上述建立的應用場景模型，其幹擾方法具體技術方案如下：

步驟1：模擬一個敵方的脈衝都卜勒偵察雷達位於圖中的e位置，該雷達覆蓋一定的探測區域，記為t區域，雷達向該區域發射雷達信號s(t)，通過對回波信號的檢測來判斷是否有外來目標進入該區域。

步驟2：當我方運動目標進入步驟1所述的t區域時，會將敵方雷達向該區域發送的信號s(t)反射，反射信號一部分作為真實回波信號返回給雷達接收機，另有一部分信號則將反射到我方在區域外放置的頻控陣幹擾機中。

步驟3：幹擾機會對該區域所發出或反射的信號進行反覆識別搜索。當幹擾機接收的信號強度大於一定的閾值時，可判定其搜索到了由目標反射過來的敵方偵察信號，否則繼續搜索。

步驟4：幹擾機利用drfm對接收到的敵方偵察信號進行識別存儲，實現對信號的高速捕獲和保存。

步驟5：準確判斷步驟4中接收到的雷達信號的脈衝樣式及信號參數，精確地複製該信號，並將信號轉發到幹擾機的頻控陣發射端。

步驟6：頻控陣幹擾機利用頻控陣的陣列形式向運動目標所處的敵方偵察區域t區域發射幹擾信號j(t)。

步驟7：在該區域的大量運動目標會將步驟6所產生的幹擾信號反射到敵方的偵察雷達。

步驟8：敵方的雷達會檢測到回波信號與大量幹擾信號的混雜信號，其接收信號r(t)＝s(t-τ1)+jtotal(t-τ2)。其中，τ1為真實目標回波的時延，τ2為幹擾信號的時延。

步驟9：估計頻控陣幹擾機對敵方雷達所產生的幹擾假目標效果，與普通的單天線轉髮式幹擾對比產生的假目標個數。

本發明公開了一種基於頻控陣幹擾機的雷達幹擾技術方法，和現有技術相比，其具有如下優點：

(1)已有的文獻多是通過傳統的單天線或陣列天線來發射幹擾信號，而本方法則是通過新型的頻控陣陣列天線來實現對幹擾信號的轉發，是原理上的創新；

(2)和傳統的幹擾相比，通過目標來對幹擾信號進行反射比幹擾機直接暴露在敵方監測區域更具隱蔽性。

(3)已有的幹擾方法對敵方雷達的欺騙效果有限，很容易被識別出幹擾規律而喪失幹擾效果，此方法中頻控陣幹擾機的靈活配置會使敵方雷達難以識別出規律，從而使欺騙幹擾的效果更佳。

(4)本發明不只針對敵方的某一種新體制雷達，而適用於多種新體制雷達，均能有較好的幹擾效果，應用範圍廣。

實施例1

本實施例中，敵方雷達建模為脈衝都卜勒雷達，其原理是利用目標和幹擾物相對於雷達的徑向速度不同，回波信號也具有不同的都卜勒頻率而設計的。其主要特點是具有較強的抗欺騙幹擾和抗噪聲能力，一般對脈衝都卜勒雷達的幹擾可分為壓制性幹擾、距離欺騙幹擾以及速度欺騙幹擾，本發明設計的頻控陣幹擾機會力圖同時實現以上三種幹擾形式的效果，使其對脈衝都卜勒雷達的幹擾更加有效。

如圖3所示為本發明的總體流程圖。本發明所採用的雷達信號為線性調頻信號，線性調頻信號的時域表達式為s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中，f0為載波頻率，kr為調頻率。設脈衝持續時間t為10us，調頻帶寬b為30mhz，調頻率

本發明所採用的頻控陣陣列結構的陣元數為10個，陣元間距d為波長λ的一半，陣元間的頻率差δf為10khz，頻控陣的發射波束指向目標t區域，具體實施步驟如下：

步驟1：單基地脈衝都卜勒雷達在e點向t區域發射lfm脈衝信號，信號表達式為s(t)＝exp{j(2πf0t+πkrt2)}，其中f0為雷達的載波頻率，初始化參數，令f0＝10ghz，為調頻率，其中調頻帶寬b＝30mhz，脈衝持續時間t＝10us，時域為探測t區域中是否有目標存在。

步驟2：當t區域中存在運動目標時，會反射雷達信號，一部分信號反射到雷達接收機，記為回波信號r1(t)＝s(t-τ1)，其中τ1為回波信號的時延，r為目標的距離。運動目標會存在都卜勒頻移fd，且此時，可通過測fd求出運動目標的徑向速度v。

步驟3：部分信號會由目標反射到我方的頻控陣幹擾機，此仿真假設頻控陣幹擾機僅一臺處於工作狀態，幹擾機利用drfm接收該信號，並準確存儲分析該信號參數。

步驟4：drfm將信號轉發到頻控陣幹擾機的發射端，陣元數為10個，陣元間距d為波長的一半，陣元間的頻率差δf為10khz，通過設置適當的權重，將幹擾波束對準目標區域。

步驟5：該仿真的頻控陣幹擾信號直接基於幹擾機接收到的雷達信號s(t)進行頻控陣轉發，幹擾信號h(t)相當於頻控陣的陣列響應。

步驟6：頻控陣發射特點是在同一時刻可將不同頻率的幹擾信號同時發向目標區域，該仿真基於單個動目標的情況，當為多個動目標時，效果更佳。

步驟7：各陣元的幹擾信號經目標反射到雷達接收機，幹擾信號疊加表達式為

步驟8：雷達接收機接收到目標回波信號與頻控陣幹擾信號的和信號r(t)＝sr(t)+jtotal(t)。

步驟9：雷達接收機進行時頻域的二維匹配濾波，當信號強度大於一定閾值時即可判定有目標的出現。此時，欺騙的幹擾信號會被雷達接收機當作真實的目標回波信號，從而影響對運動目標距離及速度的判定。

如圖4所示為單天線轉發乾擾接收機時頻目標搜索圖，此時，會產生單個假目標信號，可以實現距離維的欺騙，但幹擾易於識別。

如圖5所示為頻控陣轉發乾擾接收機時頻目標搜索圖，此時，會產生多個假目標信號，並且可同時實現距離和速度維的欺騙，該幹擾隱蔽性強，不易於識別，且當頻控陣幹擾機為多個協同工作時，幹擾效果更佳，除此之外，當目標個數為多個時，其反射的幹擾信號也會成倍遞增，其假目標生成個數會更加龐大，對雷達的幹擾會更加有效。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。