相位编码信号抗距离拖引干扰分析

相位编码信号抗距离拖引干扰分析

葛蔓[1] ,熊杰[2]

1 航天江南集团有限公司   2 江南机电设计研究所

摘  要：在单脉冲体制雷达中，线性调频信号具有较好的测距精度和距离分辨率，但目标的速度信息只能通过距离微分求得，如果目标实施距离拖引干扰，则雷达很容易受到干扰而丢失目标。本文通过对相位编码信号速度敏感特性的分析，在雷达发射信号中增加相位编码信号进行目标的速度粗测，从而利用速度积分与距离的匹配性来对抗距离拖引干扰。

主题词：线性调频  相位编码  测速

1  引言

单脉冲雷达通常采用线性调频信号对目标的距离、方位角和俯仰角进行测量，对目标距离信息进行微分得到目标的速度信息。如果雷达受到距离拖引干扰，则测得的距离和速度信息为干扰值，从而丢失对目标的探测和跟踪。为对抗距离拖引干扰，需要对目标的多普勒速度进行测量。相位编码信号对多普勒频率很敏感，因此本文利用这一特性，以巴克码为例，对雷达的测速、测距性能进行分析研究。

2  模糊函数

2.1  线性调频信号

线性调频信号[1](Chirp)是研究最早、应用最广泛的一种脉冲压缩信号。线性调频信号具有下列缺点：

（1）当目标速度已知时，可以有很高的测距精度；当目标距离已知时，可以有很高的测速精度；对于距离和速度都不知道的目标，只能准确测定此二坐标的联合值，这个联合值即为模糊图中的倾斜轴，但不能单独确知目标的距离和速度。

（2）信号处理可以只用一路匹配滤波器。因为匹配滤波器对回波的多普勒频率不敏感，也就是说即使回波信号有不同的多普勒频率，在上述条件下用同一个匹配滤波器仍能起到脉冲压缩的作用，并不引起输出信号的明显降低，这将大大简化信号处理系统。

通过上述分析可知，当雷达没有受到欺骗干扰时，可以通过距离微分算出目标的多普勒速度，进行补偿，得到准确的距离信息。如果雷达受到距离拖引干扰，则不能准确测出目标的距离和速度信息，从而丢失目标。

2.2  巴克码信号

巴克码信号是相位编码脉冲压缩信号[2。巴克码信号具有近似理想的“图钉形”模糊函数，具有很高的时延和多普勒分辨能力，没有距离-速度耦合问题，是用数字方法最容易产生和处理的信号之一。

3  巴克码信号测速原理

相位编码信号对多普勒速度很敏感，若目标回波中含多普勒信息，则雷达信号处理中的匹配滤波器不能起到很好的脉冲压缩作用，必须对回波信号进行速度补偿后才能得到很好的压缩比。以13位巴克码信号（）为例进行仿真分析,巴克码信号经过匹配滤波器处理后,其脉冲压缩信号为回波序列与本地信号序列的相关过程,为回波信号的多普勒频率，为巴克码信号的子脉冲宽度,脉冲压缩结果如下图所示.

图1  不同速度情况下匹配滤波器输出

回波信号脉冲压缩后如图1所示，图中为仿真得到的不同多普勒频率（速度）情况下匹配滤波器输出包络。当的值为O时，压缩脉冲的主瓣宽度为一个采样点对应的时间宽度，即宽度为的宽脉冲接收信号经过匹配滤波后压缩成宽度为的窄脉冲，距离分辨能力从提高到。当时旁瓣高度与主瓣高度的比值可达到。

随着目标多普勒速度增加，即的逐步增加，主瓣幅度逐渐下降，主瓣宽度逐渐变大，能量泄漏到旁瓣，旁瓣逐渐抬高，信号的能量积累效率逐步下降。当多普勒速度达到一定程度时(称为多普勒容限，)，即时，主瓣分裂为两个大的旁瓣，此时，匹配滤波基本失效。

综上所述，巴克码信号对多普勒速度很敏感[3]，即随着目标多普勒速度的增大，脉压后输出信号的旁瓣急剧上升，主副瓣比下降。因此我们可以利用相位编码的这一特性，通过将目标回波信号与一个多维多普勒频率进行补偿，计算获得最佳压缩比，从而实现对跟踪目标多普勒频率的粗略测量。

4  仿真验证

4.1  线性调频信号

4.1.1  无干扰时

仿真参数：脉冲宽度，线性调频带宽，波长，跟踪距离波门宽度为100m，假设目标斜距为12km，径向速度为1000m/s。

目标回波信号中没有多普勒速度信息时，脉冲压缩后能较准确地测出目标的距离约为，当目标含有速度信息时，经过脉冲压缩只能测出距离和速度的联合值，从信号处理结果可以看出目标的距离约为，该距离值需通过速度补偿才能得到准确值。

线性调频信号是通过距离微分来对速度信息进行估计的，假设估计出目标，则目标多普勒速度，同时线性调频信号产生的耦合时移,其中，为脉冲宽度，为信号带宽。进行速度补偿后的距离值为12.01km,该距离值接近目标的真实值，因此雷达没有受到距离欺骗干扰时，能很好的测出目标的距离和速度值。

4.1.2  距离拖引干扰时

仿真参数同上，按0.5s间隔进行仿真，连续仿真2s，距离拖引加速度为100。仿真初始时刻，目标距离为15km。

经过仿真分析可知，经过2s后，干扰信号的距离约为12.8km，相对于真实目标13km，相差了200m，大于距离跟踪波门宽度，且干扰信号强度远远大于目标回波信号强度，因此雷达的距离跟踪回路受到干扰，丢失对目标的跟踪。

4.2  巴克码信号

仿真参数：子脉冲宽度，脉冲宽度，波长，假设目标斜距为12.4km，目标含不同多普勒速度的回波信号，经脉冲压缩后由于巴克码信号对多普勒频率敏感的特性，回波信号的波形完全不同。

从仿真分析可知，目标回波信号经过脉冲压缩后，均能得出目标的距离为12.4km，但随着目标速度的增大，主瓣幅度逐渐下降，旁瓣逐渐抬高，脉冲压缩效果变差。为得到最好的压缩比，须对目标回波信号进行速度补偿。

速度补偿公式为：

                            （1）

式中，为目标回波信号，为目标速度的估计值。

目标回波信号经过速度补偿后，脉冲压缩效果变好，从而可以得到目标的多普勒速度，即为补偿速度，达到粗略测速的目的。

在雷达的信号处理中增加回波信号与一个多维多普勒频率的乘积，即可实现多普勒速度的粗测。雷达接收机简化方框图如图2所示。

图2  雷达接收机简化方框图

多维多普勒频率可以根据需要按50m/s、100m/s或其他频率间隔，在目标最大可能的速度范围内进行速度搜索、速度补偿及匹配滤波，以匹配滤波器输出峰值最大时的补偿速度值作为目标的速度值。

5  结论

通过以上分析可知，增加相位编码信号能较好地粗测出目标的多普勒速度，从而利用速度积分等多种方法对抗距离欺骗干扰，达到抗欺骗式干扰的目的。同时，改变雷达的发射信号不影响雷达的作用距离和分辨率，且增加相位编码信号仅是信号处理软件部分进行更改，改动量较小，抗干扰效果较好，因此可以在单脉冲雷达中增加相位编码信号进行抗干扰。

参考文献

【1】丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].西安电子科技大学出版社，2002

【2】毛士艺，李少洪，黄永红等.脉冲多普勒雷达[M].国防工业出版社，1998

【3】张直中.雷达信号的选择与处理[M].国防工业出版社，1979