最近刚好有些时间,总结下干扰相关知识。雷达储频干扰无非是先把接收的信号储存下来,再 修改一些参数转发的空间中,下面会按一下五点内容介绍: ------------------------- DRFM基本工作原理 ------------------------- ------------------------- 基于DRFM在电子战中的应用 ------------------------- ------------------------- 宽带DRFM设计 ------------------------- ------------------------- 欺骗式干扰算法 ------------------------- ------------------------- 工作方式参数设置 ------------------------- 一. DRFM基本工作原理 DRFM系统大致可以分为五个部分: (1)对高频射频信号的频率进行下交频处理; (2)对处理过的模拟数据流进行采样和量化; (3)对经过模数转化后的数字信号进行存储和处理; (4)将储存或处理过的数字信号重构成原射频信号; (5)对于以上功能进行控制的控制模块。 DRFM的基本功能是对输出的射频信号进行采集,然后把它们转换为离散的模拟值,经过适当的滤波器便可获得原始的基带信号,然后通过采用完全一样的参考信号,把基带信号转换为与原始输入相干的射频信号。原理框图如下:
基本采样原理——Nyquist采样定理 设有一个频率带限信号x(t),其频带限制在(0,fm)内如果以不小于fs=2fm的采样速率对x(t)进行采样,得到时间离散采样信号x(n)=x(nTs)(其中Ts=1/fs,称为采样间隔),则原信号x(t)将被所得到的采样值x(n)完全确定。 DRFM系统量化 射频信号经过采样后需进行量化再存储到存储器中,常用的量化方法有:幅度量化、相位量化。
Ø
幅度量化
:
幅度量化是传统的量化方式,它是利用
ADC将输入信号在幅度域进行采样、量化,将连续模拟信号转换成离散数字信号。
重构时,数字信号经
DAC恢复为模拟信号。
Ø
相位量化:
相位量化是将正弦波周期分成
2
N个相位区间(这里N是相位量化比特数),然后将每个相位区间产生的相位码由存储器存储起来。重构时,相位码变换成台阶式正弦波。
例如:N=3,称为
3bits相位量化,即把正弦波周期分为2
3
=8
个相位区间,每个相位区间为
360
°
/2
3
=45
°。
量化后的输出码为
2
3-1;
DRFM存储方式 Ø示样脉冲存储:DRFM只记录输入信号的始端一小段(例如100ns),然后控制存储数据重复读出。 Ø全脉冲存储 :是将输入脉冲信号全部存储于存储器中。根据需要,在给定时刻读出存储数据,由DAC重构信号。用这种方式工作的DRFM,输出信号的频率与输入完全相同,因此有极高的相干性。它可进行欺骗干扰,产生欺骗拖距信号和假目标干扰信号。
Ø
循环存储读写
所谓循环存储是指利用双端口存储器,将其首尾地址相连,一个端口写,另一个端口读。只要存储器的深度大于最大延时时间所需的存储量即可。 单通道幅度取样DRFM电路的基本组成:
首先由储频控制电路向A/D变换器发出启动方波①,使其按照采样时钟②对输入信号③进行幅度量化取样,A/D变换器的输出数据序列依次写入存储器。需要输出时,控制电路发出读出方波④,其宽度与输入脉冲的宽带一致。在方波④期间,按照读出时钟⑤,从存储器中依次读出数据,经D/A变换器、滤波器产生模拟信号⑥。一般情况下,读出时钟⑤与采样时钟②相同。 DRFM主要技术指标
Ø
瞬时
带宽
(IBW)
瞬时带宽即基带处理器的宽度,它是由采样率(ADC时钟)所决定。比如在单通道的DRFM系统中,瞬时带宽的值等于采样率的一半。 Ø工作宽度(OBW) 工作宽度即可以接收和处理的射频信号的频率范围,可在下变频的时候使用侦察引导的方法调谐本振(即设法使输入信号进入瞬时带宽内),从而可使系统的工作带宽为瞬时带宽的若干倍。
Ø
动态范围
DRFM的输入动态范围与其工作方式有关,在线性工作方式中,输入动态范围直接由量化比特数(分辨率)决定。 总之,DRFM的动态范围主要决定于A/D和D/A变换器的动态范围。
Ø
采样率
采样率决定了系统所能处理信号的最大宽度,即信号带宽应不高于采样率。在DRFM中,采样率主要由奈奎斯特采样定理决定,这是决定选用A/D器件的主要依据之一。
Ø
寄生信号抑制
(
杂散抑制
)
寄生信号的主要来源有本振泄漏、镜像响应、交叉调制和量化寄生信号。 基于DRFM的干扰设备是利用DRFM将截获到的雷达信号存储在数字存储器中,经过适当的时间延迟和干扰调制形成干扰信号发送出去作用于雷达的目标检测和跟踪系统,达到迷惑和扰乱雷达对真正目标的检测和跟踪的目的。 基于DRFM的干扰设备主要有两类干扰方式:噪声干扰方式、欺骗干扰方式。 雷达信号脉冲重复频率 fr = 50kHz,脉宽 τ =1μs 2.2 基于DRFM的欺骗干扰
Ø
距离欺骗干扰
距离假目标干扰、距离波门拖引干扰。
Ø
对雷达速度信息的欺骗
速度波门拖引干扰、假多普勒频率干扰、多普勒噪声、扫频干扰。
Ø
距离
+
速度信息同步干扰
3.1
主要技术指标
Ø
瞬时
带宽
:
400MHz
;
Ø
频率复制精度:优于
±100Hz
(
连续波
)
;
Ø
脉冲宽度
适应范围
:
0.2μs ~ 200μs
;
Ø
重频范围
适应范围
:
100Hz ~ 50kHz
;
Ø
多普勒频移范围:
-12.5kHz ~ +12.5kHz
;
Ø
噪声带宽:
0.25MHz ~ 2.5MHz
;
Ø
干扰方式:
距离速度假目标;
距离拖引干扰
(
RGPO);
速度拖引干扰(
VGPO
);
距离-
速度同步拖引干扰;随机假目标;
多普勒噪声
;多普勒扫频;瞄准噪声干扰;点迹噪声;
3.2 组成 数字射频存储器主要由三大部分组成:400MHz瞬时带宽数字存储器,干扰技术产生器、数字噪声产生器等。
Ø
400MHz
瞬时带宽数字存储器包括:低通滤波器,
A/D
,双口存储器,
D/A
,
FPGA
等
;
Ø
干扰技术产生器
包括:接口电路,
FPGA
,
DSP
等;
Ø
数字噪声产生器包括:
DDS
。
图 数字射频存储器原理框图 3.3工作原理 干扰技术产生器收到外部控制信号(主要是瞬测输出信号),或者是根据内部预置干扰参数,引导频率合成器切换到合适的下变频本振,使下变频组件输出频率在50MHz~450MHz范围内,数字射频存储器的输入信号送到400MHz瞬时带宽数字存储器进行存储,干扰技术产生器根据干扰样式控制400MHz瞬时带宽数字存储器进行信号还原,同时根据干扰方式,控制输出信号加上各种调制,包括多普勒频移、窄带噪声调制等,形成干扰调制信号,控制频率合成器切换到合适的上变频本振,把干扰调制信号进行上变频混频,完成对输入信号的还原过程。 3.3.1 400MHz瞬时带宽数字存储器 400MHz瞬时带宽数字存储器对中频输入信号进行滤波、高速采样量化变成数字信号后,通过FPGA减速模块降低数字信号的速率,然后存储到双口存储器中,在需要还原信号时,由干扰控制器进行控制,把双口存储器中的数据读出,经过升速模块送到高速D/A变成模拟信号,经低通滤波器滤除杂波信号后送出。 3.3.2 干扰技术产生器 干扰技术产生器通过网络接口接收主控计算机发来的干扰控制命令,接收瞬时测频接收机送来的雷达信号频率码,根据频率控制频率合成器送出合适的本振信号,把接收的雷达信号经过两次下变频变成50MHz~450MHz的信号,控制400MHz瞬时带宽数字存储器对50MHz~450MHz的信号进行存储,根据干扰控制命令,用相应的干扰方式,控制400MHz瞬时带宽数字存储器复制还原已经存储的信号,控制频率合成器,把复制的信号经过两次上变频还原回原始射频信号,根据射频信号频率控制开关滤波器组选择相应滤波器,滤除带外谐杂波,控制数控衰减器调整合适的信号功率送到激励输出。干扰控制器同时要控制数字噪声产生器,完成频率的多普勒调制和噪声的调制控制,通过混频把多普勒信息或噪声调制到信号上。 3.3.3 数字噪声产生器 数字噪声产生器完成两种功能,一是产生移频信号,二是产生噪声信号。把参考信号通过移频以及噪声调制后,作为本振信号,与输出中频信号相混频及可把多普勒信息和噪声调制到信号上。数字噪声产生器由 DDS构成,可以实现精确的移频和准确的噪声带宽控制。 3.4 超高速模数转换器 ADC采样电路的模数转换器选用的是一款低功耗、高性能8bit模数转换器AT84AD001BITD, 它具有双通道结构,最高采样率可达2GSPS。 采用3.3V电源供电,正常工作时的典型功耗为1.4W,将采样后的数据并行输出,数据位宽为8bit,数据率1000Mbps,时钟频率500MHz,以DDR方式送给FPGA。 A/D芯片原理框图 4 欺骗干扰算法 根据欺骗式干扰所利用的距离、速度和假目标数目的不同,可以将欺骗式干扰分为延时式直接转发干扰、距离拖引干扰、速度拖引干扰、距离速度同步拖引干扰、假目标密集复制干扰等。 算法基本原理: 延时式直接转发干扰样式,它是利用DRFM将雷达信号完全存储下来,再在需要的时刻对信号附加上一定的时延转发出去。 假设接收机接收到的雷达发射信号为S(t),经过数字射频存储并加以调制后转发出去的假目标干扰信号为J(t) 。 在脉冲延迟干扰中输入信号的形式为: 下面对高重频信号和连续波信号实施延时转发干扰,将雷达信号延时2μs,干扰效果如下图所示。 仿真参数为: fr=100KHz; τ=1μs; f0= 100MHz; Tr=10μs; fs=1GHz。
仿真参数为: f0= 25MHz;fs=300MHz;T=10μs;B =30MHz
从图中可以看出,假目标滞后真实目标1μs,由于放大了延时干扰信号的功率,所以假目标的幅度超过了真实目标,这样很容易被接收机误认为是目标信号,从而达到欺骗对方的目的。 总的来说,由于干扰信号包含了雷达发射信号的完整信息,形成了较强的假目标干扰,这样的信号在被雷达接收机接收后,很容易被误认为目标信号,从而达到迷惑对方的目的,干扰效果理想。 5 距离假目标算法 算法基本原理: 设R为真目标的所在距离,经雷达接收机输出的回波脉冲包络时延tr=2R/c,Rf为假目标的所在距离,则在雷达接收机内干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延应为: 当其满足|Rf-R|>δR时,便形成距离假目标。通常,tf由两部分组成: tf=tf0+Δtf 其中,tf0是由雷达与干扰机之间Rj距离所引起的电波传播时延,Δtf则是干扰机收到雷达信号后的转发时延。 在一般情况下,干扰机无法确定Rj,所以tf0是未知的,主要控制时延Δtf,这就要求干扰机与被保护的目标之间具有良好的空间配合关系,将假目标的距离位置设置在合适的位置,避免发射假目标与真目标的距离重合。
6 随机假目标算法 在指定范围内产生随机位置的假目标,假目标最大间隔可编程控制,按照指定时间更新目标位置,产生目标分布随时间变化的随机特性。目标可以设置速度。 6 点迹噪声算法 指定目标距离间隔和个数,在指定范围内产生一串随机位置,等间距的假目标,目标可以调制上一定宽度的噪声带宽。 7 距离波门拖引算法 距离波门拖引干扰(RGPO)的作用是采用距离欺骗的方式诱使雷达自动距离跟踪系统错误地跟踪干扰信号,并最终使雷达自动跟踪系统丢失真实目标,从而达到破坏或阻碍雷达正常探测目标的目的。 算法基本原理: 根据目标回波信号模型,那么在雷达接收机接收到的目标回波信号形式为: 要对距离波门实施距离拖引干扰时,此处的干扰信号形式应该为: 式中:AS ——真实回波信号; AJ ——干扰信号的幅度;且AJ >AS; ωc ——雷达信号的载频; ωd ——雷达回波信号的多普勒频移;R (t) ——真实目标与雷达之间的距离; Δt ——距离拖引干扰信号相对于真实目标的正常回波信号的延迟时间; c ——光速,即c =3 ×108m/s。 在线性或抛物线拖引条件下,距离波门拖引干扰的假目标距离函数Rf(t)可表示为: 式中,R ——目标所在的距离; v ——匀速拖引时的速度; a ——匀加速拖引时的加速度。 干扰机对收到的雷达照射脉冲信号进行转发延时Δtf ,则距离波门拖引干扰的转发延时为: 最大拖引距离Rmax
或最大转发时延Δtfmax 8 多普勒算法 多普勒频率是雷达接收机接收到的目标回波信号与基准信号(即雷达发射信号或者直接接收到的雷达发射信号)的频率差fd。雷达接收机接收到的目标回波的多普勒频移为: 式中, vr为目标相对于雷达的径向速度。 算法基本原理: 根据目标回波信号模型,在雷达接收机输入端的目标回波信号需多一个多普勒频偏,即: 速度波门拖引干扰中,干扰信号多普勒频率fdj的变化过程如下: 待更新::::: |
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