李嘉琪，許 萍，宋 柯，杜 科，于祥禎

（1.上海無(wú)線電設(shè)備研究所，上海201109；2.上海機(jī)電工程研究所，上海201109）

0 引言

在高精度雷達(dá)制導(dǎo)中，為提高探測(cè)距離和距離分辨率，通常采用線性調(diào)頻脈沖信號(hào)。一方面，線性調(diào)頻脈沖信號(hào)具有大的時(shí)寬帶寬積，經(jīng)過(guò)匹配濾波器后能夠獲得更高的相干增益；另一方面，由于其寬帶和變頻特性，采用該信號(hào)可以顯著降低非相干電子干擾的壓制或欺騙干擾的效果[1]。針對(duì)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，有研究者提出了一種基于卷積調(diào)制的相干干擾技術(shù)[2]，它將收到的雷達(dá)信號(hào)與已經(jīng)設(shè)定好的某種基帶信號(hào)進(jìn)行卷積調(diào)制后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，形成噪聲壓制干擾，這種干擾信號(hào)可以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)信號(hào)頻帶，與雷達(dá)信號(hào)能量在頻率分布上一樣，從而獲得雷達(dá)的處理增益，最大限度地利用干擾信號(hào)的功率。還有人提出了一種間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式[3]，在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣，然后將間歇采樣得到的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)出去，形成假目標(biāo)欺騙干擾，該干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)具有相同的頻譜范圍和高度的相干性，適合對(duì)大時(shí)寬信號(hào)的干擾，可降低對(duì)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)隔離度的要求。以上方法目前僅在電子學(xué)領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)，甚至需要借助數(shù)字射頻存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存和卷積運(yùn)算，對(duì)于寬帶高速數(shù)據(jù)流會(huì)大大降低干擾系統(tǒng)的處理效率，增加硬件成本，且數(shù)字射頻存儲(chǔ)器典型瞬時(shí)帶寬為1 GHz，不適用于對(duì)抗寬帶多頻威脅環(huán)境。本文提出了一種基于微波光子技術(shù)的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)和噪聲卷積調(diào)制聯(lián)合干擾的實(shí)現(xiàn)方法，該方法可以使假目標(biāo)分布不均勻，進(jìn)一步擾亂雷達(dá)對(duì)真假目標(biāo)的識(shí)別。該方法的所有處理過(guò)程均在微波光子模擬鏈路處理，處理速度不受信號(hào)帶寬限制，避免上下變頻帶來(lái)的相干損失；同時(shí)兼具了2種干擾方法帶來(lái)的電子對(duì)抗優(yōu)勢(shì)，既能提高彈載干擾機(jī)的能量利用率，還可以形成分布雜亂的假目標(biāo)群。硬件上省去了電學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字射頻存儲(chǔ)器件，避免了大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理帶來(lái)的時(shí)間損耗。

1 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)具有一定的相干性才能獲得雷達(dá)的處理，因此針對(duì)大時(shí)寬的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)可以采用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾樣式。在該干擾樣式中，間歇采樣脈沖為一周期矩形脈沖，間歇采樣脈沖寬度為τ，間歇采樣重復(fù)周期為T s，因此采樣信號(hào)可以表示為：

則采樣脈沖信號(hào)與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)x(t)之積為干擾信號(hào)，可以表示為：

設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)為：

式中，K為調(diào)頻斜率。

則經(jīng)過(guò)間歇采樣后，干擾信號(hào)表達(dá)式為：

設(shè)雷達(dá)信號(hào)中存在的多普勒頻率n f s，其中f s=1/T s，那么間歇采樣后的干擾信號(hào)返回雷達(dá)接收機(jī)經(jīng)過(guò)匹配濾波器后總干擾輸出為：

式中，B為線性調(diào)頻信號(hào)帶寬，T為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間。這一過(guò)程可以用圖1表示。

圖1 間歇采樣示意圖

由上述分析可知，間歇采樣形成的假目標(biāo)間隔固定，這很容易被探測(cè)雷達(dá)識(shí)別，從而降低欺騙干擾的效果。同時(shí)，這種干擾樣式要依賴于數(shù)字射頻存儲(chǔ)器件，大大降低了寬帶高速數(shù)據(jù)流的處理效率。

2 噪聲卷積調(diào)制干擾

相對(duì)普通噪聲干擾，噪聲卷積調(diào)制干擾的信號(hào)頻譜范圍能夠與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的頻譜范圍一致，所以產(chǎn)生的干擾信號(hào)功率能夠完全被雷達(dá)接收機(jī)接收，干擾信號(hào)的頻帶于雷達(dá)信號(hào)能量在頻率分布上一樣，可以獲得雷達(dá)的處理增益，最大限度地利用干擾信號(hào)功率，因此特別適合對(duì)捷變頻雷達(dá)進(jìn)行干擾。

設(shè)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)為x(t)，表達(dá)式如式（3）所示。設(shè)n(t)為寬帶噪聲信號(hào)，它與線性調(diào)頻脈沖信號(hào)進(jìn)行卷積調(diào)制，形成的噪聲卷積調(diào)制干擾為：

3 基于微波光子技術(shù)的聯(lián)合干擾原理

從以上分析可知，單獨(dú)使用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾容易被探測(cè)雷達(dá)識(shí)別，降低干擾效果。同時(shí)噪聲卷積調(diào)制的數(shù)字域運(yùn)算過(guò)程也要消耗較長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)于大時(shí)寬帶寬信號(hào)會(huì)降低干擾效率。針對(duì)這個(gè)缺陷，本文提出利用微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)和噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾方式，進(jìn)一步提高干擾系統(tǒng)處理效率，減少寬帶高速數(shù)據(jù)流對(duì)數(shù)字射頻存儲(chǔ)及采樣設(shè)備的依賴，直接在光子模擬鏈路實(shí)現(xiàn)整個(gè)干擾轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程。

根據(jù)上述2種干擾機(jī)理，設(shè)計(jì)了如圖2所示的微波光子干擾信號(hào)產(chǎn)生鏈路。

圖2 微波光子聯(lián)合干擾樣式產(chǎn)生鏈路

激光器產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過(guò)調(diào)制器，在單個(gè)窄脈沖的調(diào)制下進(jìn)入有源光纖環(huán)脈沖復(fù)制器[4-6]。該復(fù)制器結(jié)構(gòu)由可調(diào)衰減器、可調(diào)延遲線、半導(dǎo)體光放大器、隔離器以及光耦合器等構(gòu)成，它的主要功能是將調(diào)制在連續(xù)光上的單個(gè)極窄脈沖進(jìn)行循環(huán)復(fù)制產(chǎn)生間隔可調(diào)的窄脈沖串，即間歇采樣脈沖。產(chǎn)生的窄脈沖重復(fù)周期即為間歇采樣周期T s，對(duì)應(yīng)間歇采樣率f s，窄脈沖寬度為τ，可以表示為：

設(shè)輸入調(diào)制器的雷達(dá)信號(hào)為x(t)，則與間歇采樣光脈沖相互調(diào)制產(chǎn)生的間歇采樣干擾信號(hào)為：

產(chǎn)生的間歇采樣干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后進(jìn)入空間光調(diào)制器。在空間光調(diào)制器中加入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的隨機(jī)序列n(L)作為隨機(jī)噪聲，那么間歇采樣干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器后輸出為：

輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后再進(jìn)入光纖，最后通過(guò)光電探測(cè)器生成間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)與噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器、天線發(fā)射出去。在該系統(tǒng)中，要設(shè)置同步標(biāo)識(shí)，確保采樣光脈沖與進(jìn)入調(diào)制器的雷達(dá)信號(hào)保持同步。

4 仿真分析

假設(shè)輸入單脈沖脈寬τ=1μs，當(dāng)雷達(dá)信號(hào)輸入時(shí)，該單窄脈沖同步觸發(fā)并經(jīng)過(guò)電光調(diào)制后進(jìn)入有源光纖環(huán)脈沖復(fù)制器。設(shè)置可調(diào)光延遲模塊延時(shí)Δτ=2μs，調(diào)節(jié)環(huán)路中可變衰減器和光放大器，使環(huán)路增益損耗接近平衡，保證單窄脈沖能夠穩(wěn)定地復(fù)制輸出采樣脈沖串，同時(shí)盡可能具有較小失真。經(jīng)過(guò)復(fù)制后產(chǎn)生的采樣脈沖串如圖3所示。將脈寬為10μs的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)輸入電光調(diào)制器，并與間歇采樣光脈沖進(jìn)行調(diào)制，形成間歇采樣后的線性調(diào)頻信號(hào)如圖4所示。

圖3 復(fù)制產(chǎn)生的理想間歇采樣光脈沖

圖4 間歇采樣后的光脈沖信號(hào)

間歇采樣后的光信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)束輸入道空間光調(diào)制器，將長(zhǎng)度為100的隨機(jī)噪聲序列輸入空間光調(diào)制器，與間歇采樣光脈沖進(jìn)行卷積調(diào)制，經(jīng)過(guò)聚焦后送回光纖，最后通過(guò)光電探測(cè)器輸出形成聯(lián)合干擾信號(hào)。經(jīng)過(guò)微波光子鏈路產(chǎn)生的干擾信號(hào)如圖5（c）所示，雷達(dá)接收到干擾信號(hào)并進(jìn)行脈沖壓縮后如圖5（d）所示。對(duì)比無(wú)干擾時(shí)的回波脈沖信號(hào)（圖5（a）、（b））可以看出干擾信號(hào)造成了多個(gè)假目標(biāo)峰值，對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生了欺騙效果。

圖5 間歇采樣和噪聲卷積后的聯(lián)合干擾效果

圖6為間歇采樣與噪聲卷積聯(lián)合干擾信號(hào)頻譜。從圖6可以看出，干擾信號(hào)的頻譜依然與雷達(dá)信號(hào)頻譜范圍一致，充分利用了雷達(dá)信號(hào)的處理增益。

圖6 間歇采樣與噪聲卷積聯(lián)合干擾信號(hào)頻譜

假目標(biāo)間隔Δt=f s/K與間歇采樣率和調(diào)頻斜率有關(guān)。調(diào)節(jié)光延遲線，可以改變間歇采樣周期，即改變間歇采樣率。減小間歇采樣周期至1μs，即增加間歇采樣率，產(chǎn)生的假目標(biāo)間隔增大，如圖7、圖8所示。由于光延遲線的可調(diào)諧范圍是從皮秒至微秒級(jí)，因此能夠制造更真實(shí)的、靈活的假目標(biāo)群。

圖7 間歇采樣間隔2μs，占空比0.5，干擾信號(hào)脈沖壓縮后結(jié)果

圖8 間歇采樣間隔1μs,占空比0.5，干擾信號(hào)脈沖壓縮后結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

在微波光子輔助的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)與噪聲卷積調(diào)制的聯(lián)合干擾信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程中，調(diào)節(jié)光延遲線可以靈活地改變假目標(biāo)群形態(tài)，同時(shí)沒(méi)有數(shù)字射頻存儲(chǔ)、采樣設(shè)備的參與，避免了數(shù)字射頻存儲(chǔ)設(shè)備等產(chǎn)生的延時(shí)誤差對(duì)干擾效果的影響。從本文分析可以看出，基于微波光子技術(shù)的聯(lián)合干擾不僅融合了2種干擾的所有優(yōu)點(diǎn)，提高了能量利用率，還為彈載可集成的寬帶干擾設(shè)備提供了技術(shù)途徑。