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雷達干擾技術(shù)(三)DJS干擾波形的產(chǎn)生

文章目錄

  • 1 DJS壓制干擾波形的產(chǎn)生
    • 1.1 壓制式干擾
    • 1.2 DJS壓制干擾波形的合成
      • 1.2.1 時域合成
      • 1.2.2 頻域合成
  • 2 DJS欺騙干擾波形產(chǎn)生
    • 2.1 引言
      • 2.1.1 LFM信號波形
      • 2.1.2 LFM信號特點
      • 2.1.3 LFM的匹配濾波
    • 2.2 欺騙性干擾
      • 2.2.1 欺騙性干擾原理和分類
      • 2.2.2 移頻干擾信號

1 DJS壓制干擾波形的產(chǎn)生

1.1 壓制式干擾

在有源干擾中,我們一般將干擾分為壓制和欺騙兩種,壓制干擾原理是生成噪聲或者與噪聲相似的信號,混入到雷達回波信號中,最終使雷達接收機后端無法從中檢測出真實回波的干擾方法。

在真實的作戰(zhàn)環(huán)境中,想要在混雜的內(nèi)外部噪聲中百分百檢測出雷達信號是不可能的。所以,在雷達將噪聲誤認為雷達信號這一事件發(fā)生的概率(即虛警概率 P f a P_fa Pf?a)一定的情況下,如果回波信號與噪聲功率之比S/N超過檢測門限D(zhuǎn)且檢測概率大于或者等于 P d P_d Pd?,就認定發(fā)現(xiàn)了目標(biāo),否則沒有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

1.2 DJS壓制干擾波形的合成

這種干擾類型合成的主要過程是:分別產(chǎn)生每一部雷達的最佳干擾波形,然后將其按功率、威脅等級等因素在時域或者是頻域進行合成。下面我們分開介紹兩種合成方法。

1.2.1 時域合成

首先需要根據(jù)威脅雷達信號參數(shù),產(chǎn)生對其干擾效果最佳的正交基帶干擾信號:

{ I i ( k ) = A s ( k T ) cos ? [ ω i k T + φ i ( k T ) ] Q i ( k ) = A s ( k T ) sin ? [ ω i k T + φ i ( k T ) ] } k = 0 , i = 0 N ? 1 , n ? 1 \left\{Ii(k)=As(kT)cos[ωikT+φi(kT)]Qi(k)=As(kT)sin[ωikT+φi(kT)]

Ii(k)=As(kT)cos[ωikT+φi(kT)]Qi(k)=As(kT)sin[ωikT+φi(kT)]
\right\}_{k=0, i=0}^{N-1, n-1} {Ii?(k)=As?(kT)cos[ωi?kT+φi?(kT)]Qi?(k)=As?(kT)sin[ωi?kT+φi?(kT)]?}k=0,i=0N?1,n?1?

其中, ω i \omega_i ωi?表示每個信號在基帶帶寬范圍內(nèi)的頻率。將其保存在存儲器中,若需要干擾時,我們將其分別在 I,Q 兩路進行時域合成:

{ I ( k ) = ∑ i = 0 n ? 1 a i I i ( k ) , Q ( k ) = ∑ i = 0 n ? 1 a i Q i ( k ) , } k = 0 N ? 1 \left\{I(k)=\sum_{i=0}^{n-1} a_{i} I_{i}(k), \quad Q(k)=\sum_{i=0}^{n-1} a_{i} Q_{i}(k),\right\}_{k=0}^{N-1} {I(k)=i=0n?1?ai?Ii?(k),Q(k)=i=0n?1?ai?Qi?(k),}k=0N?1?

其中, a i a_i ai?表示每個信號的相對幅度。

在需要干擾時,我們還需將其上變頻到 ω 0 \omega_0 ω0?的射頻上。由此,我們可以得到合成的最佳壓制性干擾信號為:

s ( t ) = ∑ i = 0 n ? 1 a i A s ( t ) e j φ s i ( t ) e j ω 0 t , φ s i ( t ) = ω i t + φ i ( t ) s(t)=\sum_{i=0}^{n-1}a_i A_s(t)e^{j \varphi_{si}(t)}e^{j\omega_0t},\varphi_{si}(t)=\omega_it+\varphi_i(t) s(t)=i=0n?1?ai?As?(t)ejφsi?(t)ejω0?t,φsi?(t)=ωi?t+φi?(t)

1.2.2 頻域合成

首先我們必須得到每一部雷達的最佳干擾波形的 I,Q 正交兩路信號:
{ I i ( k ) = A s ( k T ) cos ? [ ω i k T + φ i ( k T ) ] Q i ( k ) = A s ( k T ) sin ? [ ω i k T + φ i ( k T ) ] } k = 0 , i = 0 N ? 1 , n ? 1 \left\{Ii(k)=As(kT)cos[ωikT+φi(kT)]Qi(k)=As(kT)sin[ωikT+φi(kT)]

Ii(k)=As(kT)cos[ωikT+φi(kT)]Qi(k)=As(kT)sin[ωikT+φi(kT)]
\right\}_{k=0, i=0}^{N-1, n-1} {Ii?(k)=As?(kT)cos[ωi?kT+φi?(kT)]Qi?(k)=As?(kT)sin[ωi?kT+φi?(kT)]?}k=0,i=0N?1,n?1?

然后將兩路合成時域的復(fù)序列 { s i ( k ) } k = 0 , i = 0 N ? 1 , n ? 1 \left \{ s_i(k) \right \}_{k=0,i=0}^{N-1,n-1} {si?(k)}k=0,i=0N?1,n?1?,并將其進行傅里葉變換得到:
{ S i ( k ) } k = 0 , i = 0 N F F T ? 1 , n ? 1 \left \{ S_i(k) \right \}_{k=0,i=0}^{NFFT-1,n-1} {Si?(k)}k=0,i=0NFFT?1,n?1?

然后在頻域進行合成得到: S ( ω ) = ∑ i = 0 n ? 1 a i S i ( k ) S(\omega)=\sum_{i=0}^{n-1}a_iS_i(k) S(ω)=i=0n?1?ai?Si?(k),再將其逆傅里葉變換就可以得到頻域合成的干擾信號。

2 DJS欺騙干擾波形產(chǎn)生

2.1 引言

2.1.1 LFM信號波形

LFM信號可以表示為下面的表達式:
s ( t ) = r e c t ( t T ) e j 2 π ( f c t + μ t 2 2 ) s(t)=rect(\frac{t}{T})e^{j2\pi{(f_ct+\frac{\mu t^2}{2})}} s(t)=rect(Tt?)ej2π(fc?t+2μt2?)
其中
r e c t ( t T ) = { 1 , ∣ t T ∣ ≤ 1 0 , e l s e w i s e rect(\frac{t}{T}) = {1,|tT|10,elsewise

rect(Tt?)={1?Tt??10,elsewise?

對于線性調(diào)頻信號來講,依照壓制干擾中我們所講的最佳干擾波形產(chǎn)生干擾,通常不能達到我們想要的結(jié)果。主要在于,當(dāng)產(chǎn)生的高斯噪聲與雷達信號不具有相關(guān)性或者相關(guān)性很小的時候,接收機的匹配濾波幾乎會濾掉所有不相關(guān)信號的能量而達不到干擾的效果。

所以,壓制干擾的話噪聲功率就要非常大,才可以有效干擾。

這不但會浪費干擾能量,而且硬件也很難實現(xiàn)。所以實際干擾中,我們盡可能想辦法用最小的干擾功率達到最有效的干擾效果。

因此,對于線性調(diào)頻這樣大時寬帶寬積信號我們需要根據(jù)其具體參數(shù),使得設(shè)計的最佳干擾信號和威脅信號有一定相關(guān)性。

2.1.2 LFM信號特點

  • 測距精度和測速精度這一對耦合量,可以在對方已知的情況下達到很高的程度
  • 速度相同的多個目標(biāo)可以有很高的距離分辨力;距離相同的的多個目標(biāo)可以有很高的速度分辨力
  • 對壓縮系數(shù)相同的脈沖壓縮信號來說,比較容易產(chǎn)生線性調(diào)頻信號及其匹配濾波器
  • 在最大功率受限的情況下,想要增大雷達作用距離,實際通常增大雷達信號脈寬提高發(fā)射的峰值功率。在這種情況下,線性調(diào)頻信號就可以發(fā)揮其優(yōu)勢:未知目標(biāo)多普勒的情況下,線性調(diào)頻信號的帶寬遠大于最大多普勒頻移,所以在只有一個濾波器的情況下,即使濾波器和輸入的移頻后的線性調(diào)頻信號不匹配,其信噪比的損失也很小。因此,想要使雷達作用距離較遠時,大多數(shù)使用 LFM 信號做脈沖壓縮。

2.1.3 LFM的匹配濾波

對于現(xiàn)在普遍在用的脈沖雷達,為了能夠探測到更遠的目標(biāo),在必須考慮雷達距離分辨力的基礎(chǔ)上,需要設(shè)計更寬脈沖的雷達信號。所以就必須使用脈沖壓縮(PC)技術(shù)。

在這種限制條件下,為了解決雷達探測能力與分辨能力之間的沖突,我們在發(fā)射端發(fā)射時寬帶寬都很大的雷達信號,在接收端通過匹配濾波壓縮出窄脈沖。

通過上述分析,線性調(diào)頻信號就成了脈沖壓縮雷達的不二選擇,同時在接收端運用匹配濾波實現(xiàn)脈沖壓縮。

由匹配濾波器理論我們可以知道,如果已知的輸入信號為 s ( t ) s(t) s(t),其頻譜為 S ( ω ) S(\omega) S(ω),那么可以得到頻域的匹配濾波器為:
H ( ω ) = k S ? ( ω ) e x p ( ? j ω t 0 ) H(\omega)=kS^\ast(\omega)exp(-j\omega t_0) H(ω)=kS?(ω)exp(?jωt0?)

線性調(diào)頻信號在經(jīng)過了其相應(yīng)的匹配濾波器之后,脈沖寬度被壓窄,使得距離分辨力有了保證。而且濾波前后波形很相似,說明這樣的濾波器對功率的損失影響較小。這樣就可以得出結(jié)論:為了覆蓋較多體制的雷達,用LFM信號就可以作為驗證干擾效果的雷達信號波形。

2.2 欺騙性干擾

?? 重點

射頻噪聲干擾、噪聲調(diào)頻干擾等壓制干擾方式因為與雷達信號波形的相關(guān)性較低,所以,隨著雷達匹配濾波技術(shù)和相參積累等新體制雷達技術(shù)的發(fā)展,在很多情況下,這些干擾方式已經(jīng)不能滿足我們的干擾要求了。

如果還想繼續(xù)使用噪聲壓制的話,干擾功率就必須很大。

射頻存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是一個很好的產(chǎn)生欺騙干擾信號的技術(shù)。只要它的參數(shù)在雷達接收機能處理的信號參數(shù)區(qū)間內(nèi),都可以和回波信號進入接收機,從而產(chǎn)生干擾。這樣的話,為了達到干擾的目的,干擾所需要的干擾信號功率就會很小。

對于雷達方同樣,與雷達信號相干的干擾信號通過接收機后的增益太大,真實回波信號就不能被準確檢測了;其次,為了達到保護真實目標(biāo)不被檢測,還會采用這樣的方法:就是調(diào)整存儲的信號的時延、多普勒頻移和幅度,多產(chǎn)生一些假目標(biāo),消耗掉雷達系統(tǒng)的接收和處理信號的資源。

這樣,欺騙干擾的效果就會特別好,敵方雷達也會感覺到形勢嚴峻性。因此,射頻存儲轉(zhuǎn)發(fā)在欺騙干擾中還是有很大的發(fā)展空間的。

2.2.1 欺騙性干擾原理和分類

有源干擾中除了壓制干擾的另外一種干擾方式就是欺騙干擾,它是產(chǎn)生與雷達信號回波相近的假目標(biāo),讓雷達不能從中準確檢測出真實信號,也就不能進行接下來的跟蹤工作。

通常利用雷達來檢測目標(biāo)的這些參數(shù):速度、距離和方位等,每個參數(shù)都會有一個檢測范圍,由此張成一個檢測空間。理想的點目標(biāo)信號只是上述空間中其中一個點。一般情況下,欺騙干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)應(yīng)該是這個空間中不同于真實目標(biāo)的一個點或者是一個集合。所以它也能夠以假亂真被雷達當(dāng)作真實目標(biāo)去檢測。

雷達的發(fā)射信號和回波通常具有相干性,這個相干性就可以用來檢測目標(biāo)距離、角度和速度等信息。

為了實現(xiàn)對雷達的欺騙,就需要在欺騙之前測得上面描述的相關(guān)信息,還有雷達發(fā)射信號相關(guān)的主要參數(shù),這樣,根據(jù)調(diào)制樣式和調(diào)制參數(shù)這些脈內(nèi)、脈間及其他信息,才能合理地設(shè)計干擾信號波形,達到想要的干擾效果。

分類:
根據(jù)真假目標(biāo)在檢測空間中參數(shù)信息的不同分為:距離、角度、速度、AGC(自動增益)及多參數(shù)欺騙干擾等;
根據(jù)產(chǎn)生欺騙干擾的方法,分為兩種:應(yīng)答式和轉(zhuǎn)發(fā)式。

  • 速度欺騙
    我們知道雷達發(fā)射的信號和回波信號之間會存在一個多普勒頻差 f d f_d fd? ,常常用這個參數(shù)來測量目標(biāo)的相對速度。所以,為了對雷達進行速度欺騙,一般產(chǎn)生與雷達信號具有適當(dāng)頻移的干擾信號,而實際中常常通過改變相位來產(chǎn)生移頻量。
    雷達接收的目標(biāo)回波信號與雷達發(fā)射信號相比具有的多普勒頻移為
    f d = 2 v r λ = 2 v r c f c f_d=\frac{2v_r}{\lambda}=\frac{2v_r}{c}f_c fd?=λ2vr??=c2vr??fc?
    上面計算多普勒頻移是由 v r v_r vr?和光速及信號載頻來計算的, v r v_r vr?就是雷達與目標(biāo)的相對徑向速度。故在速度欺騙的時候,需要提前測量上式中所需參數(shù),來引導(dǎo)欺騙干擾的產(chǎn)生。

  • 距離欺騙
    目標(biāo)的距離表現(xiàn)為發(fā)射信號與接收信號之間的時延 t r t_r tr?, t r = 2 R c t_r=\frac{2R}{c} tr?=c2R?,c為電波傳播速度。因為LFM信號的距離-多普勒頻移存在耦合性,所以產(chǎn)生多普勒頻移的同時也會產(chǎn)生距離方面的干擾。

2.2.2 移頻干擾信號

移頻干擾信號的產(chǎn)生是將接收到的雷達信號做一個較小的移頻處理,轉(zhuǎn)發(fā)出去以影響雷達對真實回波的接收。那么,此時接收機脈沖壓縮后的干擾波形必定會在真實信號前后有時間差,這樣就可以通過移頻來達到距離干擾的目的了。

頻移干擾信號:
J ( t ) = A exp ? ( ( ω 0 + ω d ) t + 1 2 μ t 2 ) J(t)=A \exp \left(\left(\omega_{0}+\omega_fu8ihs5fyo3\right) t+\frac{1}{2} \mu t^{2}\right) J(t)=Aexp((ω0?+ωd?)t+21?μt2)

脈沖壓縮后的移頻干擾信號為:
J = 2 μ π sin ? ω d + μ t 2 ( T ? ∣ t ∣ ) ω d + μ t exp ? ( ω 0 + ω d 2 ) t J=\sqrt{\frac{2 \mu}{\pi}} \frac{\sin \frac{\omega_fu8ihs5fyo3+\mu t}{2}(T-|t|)}{\omega_fu8ihs5fyo3+\mu t} \exp \left(\omega_{0}+\frac{\omega_fu8ihs5fyo3}{2}\right) t J=π2μ? ?ωd?+μtsin2ωd?+μt?(T?t)?exp(ω0?+2ωd??)t

分析上面的表達式,表達式的最大值就是脈沖壓縮后脈沖會出現(xiàn)的地方。當(dāng) t = τ ? ω d / μ t=\tau-\omega_d/\mu t=τ?ωd?/μ時,最大峰出現(xiàn)。 ω d \omega_d ωd?與零比較的大小決定了峰值出現(xiàn)在真實峰值的前或者后。

ω d / μ \omega_d/\mu ωd?/μ在距離分辨力內(nèi),雷達是不會將其當(dāng)成另外一個目標(biāo)的,就不能產(chǎn)生假目標(biāo)的效果,只有真假目標(biāo)的距離大于分辨率的時候,雷達才會把它當(dāng)做是另外一個目標(biāo),進而產(chǎn)生假目標(biāo)的效果。

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