2008年第4期2008,N o. 4
电 子 对 抗
E LECTRONIC W ARFARE 总第121期
Series N o. 121
频率步进单脉冲雷达抗干扰原理分析
杨 陈 李立萍
(电子科技大学电子工程学院, 成都610054)
摘 要 频率步进单脉冲雷达是一种具有小瞬时带宽的多脉冲相参宽带雷达。文章在分析了频率步进单脉冲雷达原理的基础上, 从其脉冲相参性, 分辨等方面的特性研究了其抗干扰原理。关键词 频率步进 单脉冲 抗干扰
A nalysis on f Stepped F requency R ad ar
Y ang Chen Li Liping
(School of Electronic Engineering ,UESTC ,Chengdu 610054,China )
Abstract :The M onopulse Stepped Frequency Radar is a broadband radar which had coherent pulses and narrow instantaneous spectrum bandwidth. Based on the analysis of the M onopulse Stepped Fre 2quency Radar concept , the ECC M concept of M onopulse Stepped Frequency Radar is discussed on specialties aspect such as coherency of the pluses ,narrow instantaneous spectrum bandwidth , high range res olution etc.
K eyw ords :stepped frequency ; m onopulse ; ECC M
0 引言
频率步进信号因其有强抗干扰性, 高分辨性,
常用于导弹制导与雷达成像中。频率步进雷达通过合成宽频带以获取高分辨率距离, 而单脉冲雷达则具有较高的测角精度和抗干扰能力, 因而频率步进单脉冲雷达常用于精确成像与雷达跟踪制导中。频率步进雷达因采用频率步进的脉冲回波与本振相参以获得采样信号, 较宽的频带、脉间频率步进捷变、本振相参处理都使得它极具抗干扰性能。由文献[1]对噪声干扰单脉冲雷达进行的分析可知, 单脉冲雷达有抗噪声干扰的能力, 并有
收稿日期:2008年1月8日
跟踪噪声辐射源的能力。
本文分析了频率步进单脉冲雷达原理, 并在此基础上从其脉冲相参性, 脉冲的小瞬时带宽与高距离像分辨等特性方面分析了其抗干扰原理。
1 频率步进单脉冲雷达信号模型
设T r 为步进脉冲重复周期, τ为发射脉冲宽度, f 0为起始载频, Δf 为频率步进阶梯, N 为频率步进数,C 为光速, R 为目标距离, v 为目标速度, 频率步进信号模型表示如下[2,3]。
发射信号:
20 电子对抗
t iT τ/
2008年第4期
τ
π(f 0+i Δ(1) exp [-j2f ) t ]1, -τ/2
0, 其它
混频后的回波信号:
N -1τy (t ) =∑rect []・τi =0
π(f 0+i Δ(2) exp [-j2f ) ]
C
对于静止目标回波采样:
πf 0}exp{-j2πi Δ y (i ) =exp{-j2f }
C C
(3) i =0, …, N -1
πf 0}为一常量。其中,exp{-j2
C ) , 则令l =round (
C
(4) y (i ) =exp{-f -j il C N
对于(4) 样, 故可看成只有时刻l 有值, 其它时间点数值都为0的DFT 变换, 对(4) 式IFFT 变换得:
(5) | Y (k ) |=||
N sin[π(k -l ) /N ]
其中k =0, …, N -1
当k =l 时有最大值, 由此可以得到雷达最小
距离分辨率为Δ。
f 2N
由前分析可知步进采样信号IFFT 结果为一
SI NC 函数, 其主瓣宽度为。ΔfN
对于动目标当目标回波补偿后处理方法与静目标一样,
至于运动补偿的具体方法已不是本文中所要讨论的内容, 读者可以参考这方面的有关文献[3,4]。
i =0
x (t ) =∑rect [
N -1
]・
带宽大为减小。从而起到抗噪声干扰的效果。
1 频率步进接收机原理图
频率步进信号的发射与回波是用同一本振,
因此基带信号所包含信息为当前频率下回波信号的延时相位。若干扰机发与雷达同频的脉冲串干扰信号, 接收机所收到干扰信号则为一个随机的相位信息。干扰信号在各频点的相位并不相参, 因此在做IFFT 处理时得到频率回波相参结果, 而干扰的效果不明显, 从而具有较好的抗干扰效果。
(a ) 低信噪比下信号
2 频率步进信号抗压制式干扰分析
频率步进雷达除了具有较宽的频带之外, 还有相参本振作为回波的混频, 以保证各脉冲回波间相参。
由图1可知, 信号由天线接收后得经过本地相参本振混频后得到基带信号,
由式(3) 可以看出一
个回波信号内的相位信息可视为相同的, 因此在基带信号处理的过程中采用低通滤波, 使噪声信号的
(b ) 本振混频低通滤波后的信号
总第121期杨陈, 等:频率步进单脉冲雷达抗干扰原理分析21
若雷达不在J 1, J 2连线的垂面上, 此时由于
其有一定的路程差, 并且路程差大于步进雷达最小分辨距离, 经多个信号回波以后, 距离成像可将转发信号与反射信号分开, 在信号的IFFT 处理中得到两个不同的尖峰, 根据其差通道中对应信号求出目标的及转发干扰机的方向信息。
图4仿真为两等信号来模拟的目标与转发式
(c ) 经相参处理后的目标信号合成
干扰机, 频率步进为10MH z , 目标与干扰机相距为8m , 频率步进数为64。
图2 接收机各阶段信号处理
由图2所示, 在图2(a ) 图中原始信号有较强
的噪声, 在图2(b ) 图中信号经本振混频后, 通过低通滤波器使得噪声减小。如图2(c ) 所示, 信号通过各不同频率的IFFT 处理, 信息
。
3 (a ) 低信噪比下信号
前面阐述了频率步进雷达的强抗噪声干扰性能, 一般对其干扰的措施是对信号进行转发, 以得到脉冲间的相参性, 以达到欺骗干扰的目的, 多个转发式干扰可对单脉冲测角起到欺骗的效果。对于单脉冲雷达, 是依靠窄波束来对两个目标进行分开, 两个转发器若同时转发探测信号, 则可对单脉冲雷达有效欺骗。但对于频率步进雷达而言, 两转发器与雷达接收机间的微小距分辨可将转发器分开, 并分别测量其到达角, 以达到抗干扰的目的。
如图3所示两点源, J
1为目标, J 2
为转发式干扰机, 设
J 1, J 2在同一个波束内, 不能靠雷达的横向分辨将两目标分开。由于路程差较小, 单个回波并不能将转发信号与目标反射信号分开, 两信号在频率的特性相同, 因而在常规单脉冲雷达中形成干扰。
(c ) 经相参处理后的目标信号合成
(b ) 本振混频低通滤波后的信号
图4 和通道中信号
图3 位置示意图
单脉冲雷达的和通道信号在图4的仿真结果
中, 由图4(a ) 可知两个信号在同一个脉冲宽度内, 图4(b ) 中滤波的两信号在时域和频率中已分不开, 但由图4(c ) 可知, 将多个脉冲信号相参
(下转第49页)
总第121期
杨健, 等:C4ISR 网络对抗技术
参考文献
49
需求也存在着多种安全防御措施, 其中, 综合利用多种防御技术, 以软、硬件相结合的方式对网络进行全方位的防御被看作是网络防御的最佳解决方案。
C 4ISR 网络技术惊人的发展速度和日益扩大
1 于明, 周希元. 信息网络对抗机制的攻防分析. 网络安
全技术与应用,2004, (10) :37-39
2 戴清民, 吴汉平. 信息战名著翻译丛书-隐显密码学,
第二版. 电子工业出版社,2003:340-351
3 戴清民, 吴汉平. 信息战名著翻译丛书-信息战与信息
的覆盖面, 它为增强军队整体作战能力和信息作战能力, 提出了武器装备发展的新思路, 使逻辑意义上的网络对抗将不仅局限在军事领域, 而且会成为波及整个社会大系统的全面抗衡和较量, 具有突发性、隐蔽性、随机性、波及性和全方位性。而且, 随着以信息技术为主导的高新技术的飞速发展, 极大的模糊了军用与民用的界限, 可以预料“, 全民皆兵”将是未来信息化战争最显著的社会特征, , 。
安全, 第一版. 电子工业出版社,2003:430-465
4 管海明, 陈爱民. 计算机网络对抗的四个层次. 微电脑
世界周刊,1999,34:84
5 梁振兴, 兰国兴. 综合电子信息系统发展综述. 计算机
世界报,1997, (5)
6 邓泽生, 鲍中行, 王文清. 21. 6
7, . . 解放军出版社, 作者简介
杨 健 (1975. 12～) , 男, 助理工程师。孙新锋 (1979. 05～) , 男, 助理工程师。
(上接第21页)
IFFT 处理后, 各目标并未重叠在一起, 而是将多
参考文献
1 Arnold D. Seifer. M onopulse radar angle measurement in noise [J].IEEE on aerospace and electronic system , 1994, 30(3) :950-957
2 毛二可, 龙腾, 韩月秋. 频率步进雷达数字信号处理[J].航空学报,2001,22(3) :16-25
3 杨陈, 李立萍. 低信噪比下频率步进雷达动目标参数估
个目标分辨出来, 从而由对应差通道中数据信息
得到转发干扰机与目标的角度信息。目标的距离信息, 角度信息都知道, 因此可在一定条件下成三维像。消除干扰源所带来的测角误差。
4 总结与展望
随着频率综合技术的发展, 频率步进雷达以其独特的优势广泛应用于雷达精确制导和精确成像中。本文分析了频率步进雷达的原理, 频率步进雷达有较好的相参性, 较小的瞬时带宽, 因而有较强的抗压制式干扰能力, 又因为雷达有较好的距离像分辨, 可区别多个目标, 因而也可区别干扰机的信号, 从而可消除转发式干扰机所带来的角度测量影响。对于频率步进雷达而言, 进一步采取抗干扰措施除了改善雷达天线的角度分辨能力之外, 还可以从距离像超分辨[5], 和随机频率步进信号[6]等多方面加强其抗干扰能力。因此频率步进雷达具有其潜在的抗干扰能力, 必将成为雷达以后重点研究方向之一。
计[J].信息与电子工程,2007,4(5) :261-266
4 刘峥, 张守宏. 步进频率雷达目标的运动参数估计[J].
电子学报,2000,34(3) :43-45
5 Li Y, Li X , Wang M. An analysis of signal of M MW step frequency high res olution radar with M USIC alg orithms. The Int. C on f. Microwave and Millimeter wave T echnology [C ].1998:443-447
6 Sune R. J. Axelss on. Analysis of Random S tep Frequency Radar and C omparis on With Experiments [J].G eoscience and Rem ote Sensing. ,2007,45(4) :890-904
作者简介
杨 陈 (1983～) , 男, 重庆市人, 硕士研究生, 主要从事雷达制导及信号处理方面研究。
李立萍 (1963～) , 女, 重庆市人, 教授, 主要从事阵列信号处理、无源定位等方面研究。
2008年第4期2008,N o. 4
电 子 对 抗
E LECTRONIC W ARFARE 总第121期
Series N o. 121
频率步进单脉冲雷达抗干扰原理分析
杨 陈 李立萍
(电子科技大学电子工程学院, 成都610054)
摘 要 频率步进单脉冲雷达是一种具有小瞬时带宽的多脉冲相参宽带雷达。文章在分析了频率步进单脉冲雷达原理的基础上, 从其脉冲相参性, 分辨等方面的特性研究了其抗干扰原理。关键词 频率步进 单脉冲 抗干扰
A nalysis on f Stepped F requency R ad ar
Y ang Chen Li Liping
(School of Electronic Engineering ,UESTC ,Chengdu 610054,China )
Abstract :The M onopulse Stepped Frequency Radar is a broadband radar which had coherent pulses and narrow instantaneous spectrum bandwidth. Based on the analysis of the M onopulse Stepped Fre 2quency Radar concept , the ECC M concept of M onopulse Stepped Frequency Radar is discussed on specialties aspect such as coherency of the pluses ,narrow instantaneous spectrum bandwidth , high range res olution etc.
K eyw ords :stepped frequency ; m onopulse ; ECC M
0 引言
频率步进信号因其有强抗干扰性, 高分辨性,
常用于导弹制导与雷达成像中。频率步进雷达通过合成宽频带以获取高分辨率距离, 而单脉冲雷达则具有较高的测角精度和抗干扰能力, 因而频率步进单脉冲雷达常用于精确成像与雷达跟踪制导中。频率步进雷达因采用频率步进的脉冲回波与本振相参以获得采样信号, 较宽的频带、脉间频率步进捷变、本振相参处理都使得它极具抗干扰性能。由文献[1]对噪声干扰单脉冲雷达进行的分析可知, 单脉冲雷达有抗噪声干扰的能力, 并有
收稿日期:2008年1月8日
跟踪噪声辐射源的能力。
本文分析了频率步进单脉冲雷达原理, 并在此基础上从其脉冲相参性, 脉冲的小瞬时带宽与高距离像分辨等特性方面分析了其抗干扰原理。
1 频率步进单脉冲雷达信号模型
设T r 为步进脉冲重复周期, τ为发射脉冲宽度, f 0为起始载频, Δf 为频率步进阶梯, N 为频率步进数,C 为光速, R 为目标距离, v 为目标速度, 频率步进信号模型表示如下[2,3]。
发射信号:
20 电子对抗
t iT τ/
2008年第4期
τ
π(f 0+i Δ(1) exp [-j2f ) t ]1, -τ/2
0, 其它
混频后的回波信号:
N -1τy (t ) =∑rect []・τi =0
π(f 0+i Δ(2) exp [-j2f ) ]
C
对于静止目标回波采样:
πf 0}exp{-j2πi Δ y (i ) =exp{-j2f }
C C
(3) i =0, …, N -1
πf 0}为一常量。其中,exp{-j2
C ) , 则令l =round (
C
(4) y (i ) =exp{-f -j il C N
对于(4) 样, 故可看成只有时刻l 有值, 其它时间点数值都为0的DFT 变换, 对(4) 式IFFT 变换得:
(5) | Y (k ) |=||
N sin[π(k -l ) /N ]
其中k =0, …, N -1
当k =l 时有最大值, 由此可以得到雷达最小
距离分辨率为Δ。
f 2N
由前分析可知步进采样信号IFFT 结果为一
SI NC 函数, 其主瓣宽度为。ΔfN
对于动目标当目标回波补偿后处理方法与静目标一样,
至于运动补偿的具体方法已不是本文中所要讨论的内容, 读者可以参考这方面的有关文献[3,4]。
i =0
x (t ) =∑rect [
N -1
]・
带宽大为减小。从而起到抗噪声干扰的效果。
1 频率步进接收机原理图
频率步进信号的发射与回波是用同一本振,
因此基带信号所包含信息为当前频率下回波信号的延时相位。若干扰机发与雷达同频的脉冲串干扰信号, 接收机所收到干扰信号则为一个随机的相位信息。干扰信号在各频点的相位并不相参, 因此在做IFFT 处理时得到频率回波相参结果, 而干扰的效果不明显, 从而具有较好的抗干扰效果。
(a ) 低信噪比下信号
2 频率步进信号抗压制式干扰分析
频率步进雷达除了具有较宽的频带之外, 还有相参本振作为回波的混频, 以保证各脉冲回波间相参。
由图1可知, 信号由天线接收后得经过本地相参本振混频后得到基带信号,
由式(3) 可以看出一
个回波信号内的相位信息可视为相同的, 因此在基带信号处理的过程中采用低通滤波, 使噪声信号的
(b ) 本振混频低通滤波后的信号
总第121期杨陈, 等:频率步进单脉冲雷达抗干扰原理分析21
若雷达不在J 1, J 2连线的垂面上, 此时由于
其有一定的路程差, 并且路程差大于步进雷达最小分辨距离, 经多个信号回波以后, 距离成像可将转发信号与反射信号分开, 在信号的IFFT 处理中得到两个不同的尖峰, 根据其差通道中对应信号求出目标的及转发干扰机的方向信息。
图4仿真为两等信号来模拟的目标与转发式
(c ) 经相参处理后的目标信号合成
干扰机, 频率步进为10MH z , 目标与干扰机相距为8m , 频率步进数为64。
图2 接收机各阶段信号处理
由图2所示, 在图2(a ) 图中原始信号有较强
的噪声, 在图2(b ) 图中信号经本振混频后, 通过低通滤波器使得噪声减小。如图2(c ) 所示, 信号通过各不同频率的IFFT 处理, 信息
。
3 (a ) 低信噪比下信号
前面阐述了频率步进雷达的强抗噪声干扰性能, 一般对其干扰的措施是对信号进行转发, 以得到脉冲间的相参性, 以达到欺骗干扰的目的, 多个转发式干扰可对单脉冲测角起到欺骗的效果。对于单脉冲雷达, 是依靠窄波束来对两个目标进行分开, 两个转发器若同时转发探测信号, 则可对单脉冲雷达有效欺骗。但对于频率步进雷达而言, 两转发器与雷达接收机间的微小距分辨可将转发器分开, 并分别测量其到达角, 以达到抗干扰的目的。
如图3所示两点源, J
1为目标, J 2
为转发式干扰机, 设
J 1, J 2在同一个波束内, 不能靠雷达的横向分辨将两目标分开。由于路程差较小, 单个回波并不能将转发信号与目标反射信号分开, 两信号在频率的特性相同, 因而在常规单脉冲雷达中形成干扰。
(c ) 经相参处理后的目标信号合成
(b ) 本振混频低通滤波后的信号
图4 和通道中信号
图3 位置示意图
单脉冲雷达的和通道信号在图4的仿真结果
中, 由图4(a ) 可知两个信号在同一个脉冲宽度内, 图4(b ) 中滤波的两信号在时域和频率中已分不开, 但由图4(c ) 可知, 将多个脉冲信号相参
(下转第49页)
总第121期
杨健, 等:C4ISR 网络对抗技术
参考文献
49
需求也存在着多种安全防御措施, 其中, 综合利用多种防御技术, 以软、硬件相结合的方式对网络进行全方位的防御被看作是网络防御的最佳解决方案。
C 4ISR 网络技术惊人的发展速度和日益扩大
1 于明, 周希元. 信息网络对抗机制的攻防分析. 网络安
全技术与应用,2004, (10) :37-39
2 戴清民, 吴汉平. 信息战名著翻译丛书-隐显密码学,
第二版. 电子工业出版社,2003:340-351
3 戴清民, 吴汉平. 信息战名著翻译丛书-信息战与信息
的覆盖面, 它为增强军队整体作战能力和信息作战能力, 提出了武器装备发展的新思路, 使逻辑意义上的网络对抗将不仅局限在军事领域, 而且会成为波及整个社会大系统的全面抗衡和较量, 具有突发性、隐蔽性、随机性、波及性和全方位性。而且, 随着以信息技术为主导的高新技术的飞速发展, 极大的模糊了军用与民用的界限, 可以预料“, 全民皆兵”将是未来信息化战争最显著的社会特征, , 。
安全, 第一版. 电子工业出版社,2003:430-465
4 管海明, 陈爱民. 计算机网络对抗的四个层次. 微电脑
世界周刊,1999,34:84
5 梁振兴, 兰国兴. 综合电子信息系统发展综述. 计算机
世界报,1997, (5)
6 邓泽生, 鲍中行, 王文清. 21. 6
7, . . 解放军出版社, 作者简介
杨 健 (1975. 12～) , 男, 助理工程师。孙新锋 (1979. 05～) , 男, 助理工程师。
(上接第21页)
IFFT 处理后, 各目标并未重叠在一起, 而是将多
参考文献
1 Arnold D. Seifer. M onopulse radar angle measurement in noise [J].IEEE on aerospace and electronic system , 1994, 30(3) :950-957
2 毛二可, 龙腾, 韩月秋. 频率步进雷达数字信号处理[J].航空学报,2001,22(3) :16-25
3 杨陈, 李立萍. 低信噪比下频率步进雷达动目标参数估
个目标分辨出来, 从而由对应差通道中数据信息
得到转发干扰机与目标的角度信息。目标的距离信息, 角度信息都知道, 因此可在一定条件下成三维像。消除干扰源所带来的测角误差。
4 总结与展望
随着频率综合技术的发展, 频率步进雷达以其独特的优势广泛应用于雷达精确制导和精确成像中。本文分析了频率步进雷达的原理, 频率步进雷达有较好的相参性, 较小的瞬时带宽, 因而有较强的抗压制式干扰能力, 又因为雷达有较好的距离像分辨, 可区别多个目标, 因而也可区别干扰机的信号, 从而可消除转发式干扰机所带来的角度测量影响。对于频率步进雷达而言, 进一步采取抗干扰措施除了改善雷达天线的角度分辨能力之外, 还可以从距离像超分辨[5], 和随机频率步进信号[6]等多方面加强其抗干扰能力。因此频率步进雷达具有其潜在的抗干扰能力, 必将成为雷达以后重点研究方向之一。
计[J].信息与电子工程,2007,4(5) :261-266
4 刘峥, 张守宏. 步进频率雷达目标的运动参数估计[J].
电子学报,2000,34(3) :43-45
5 Li Y, Li X , Wang M. An analysis of signal of M MW step frequency high res olution radar with M USIC alg orithms. The Int. C on f. Microwave and Millimeter wave T echnology [C ].1998:443-447
6 Sune R. J. Axelss on. Analysis of Random S tep Frequency Radar and C omparis on With Experiments [J].G eoscience and Rem ote Sensing. ,2007,45(4) :890-904
作者简介
杨 陈 (1983～) , 男, 重庆市人, 硕士研究生, 主要从事雷达制导及信号处理方面研究。
李立萍 (1963～) , 女, 重庆市人, 教授, 主要从事阵列信号处理、无源定位等方面研究。