雷达对抗原理第6章-SolidWorks基本概念课件.ppt

1、第1章 绪 论雷达对抗原理第6章 SolidWorks基本概念第1章 绪 论6.1 概概 述述雷达获取目标信息的过程可用图6-1来表示。首先，雷达向可能存在目标的空间发射电磁波信号sT(t)，当该空间存在目标时，sT(t)信号会受到目标距离、角度、速度等参数特性的调制，形成回波信号sR(t)。在雷达接收机中，通过对接收信号sR(t)的放大、滤波和解调，可得到有关目标距离、角度、速度等信息。图中增加的c(t)是因为雷达接收机中的信号除了目标回波sR(t)以外，还存在各种内外噪声、杂波、多径回波等。正是由于这些噪声才影响了雷达检测目标的能力。可见，如果在sR(t)中引入人为噪声干扰信号或利用吸波材

2、料减小目标回波信号的功率，都可以阻碍雷达探测目标，达到干扰的目的。第1章 绪 论图6-1 雷达获取目标信息的过程第1章 绪 论6.1.1 遮盖性干扰的作用与分类遮盖性干扰的作用与分类1. 遮盖性干扰的作用遮盖性干扰的作用遮盖性干扰的作用就是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或压制目标回波信号，阻止雷达检测目标信息。它的基本原理是降低雷达检测目标时的信噪比S/N。根据雷达检测原理，在给定虚警概率Pfa的条件下，检测概率Pd将随S/N的降低而相应降低，从而造成雷达检测目标的困难。第1章 绪 论2. 遮盖性干扰的分类遮盖性干扰的分类按照干扰信号中心频率fj0、谱宽fj相对于雷达信号中心频率fs、谱宽fr

3、的相对关系，遮盖性干扰可以分为瞄准式干扰、阻塞式干扰和扫频式干扰。1) 瞄准式干扰瞄准式干扰一般满足：fj0fs，fj(25)fr (6-1)采用瞄准式干扰可以先测得雷达信号中心频率fs和谱宽fr，再将干扰信号频率fj0调谐到fs处，用尽可能窄的fj覆盖fr，这一过程称为频率引导。也可以直接利用接收到的雷达信号sT(t)，经过适当的遮盖性干扰调制再转发给雷达。瞄准式干扰的主要优点是在雷达信号频带内的干扰功率强，因而也是遮盖式干扰的首选方式；缺点是对频率引导的要求较高，当雷达信号频率fs在脉间大范围捷变时，干扰机必须具有实时、快速引导跟踪的能力。第1章 绪 论2) 阻塞式干扰阻塞式干扰一般满足：

4、(6-2)jjjrsj0j05,22fffffff 由于阻塞式干扰的干扰频带fj0fj/2，fj0+fj/2较宽，可以相应地降低对频率引导精度的要求，并且可以同时干扰fj带内的所有雷达, 包括在带内频率捷变、频率分集的雷达。阻塞式干扰的主要缺点是在fj带内的干扰功率密度低，特别是在没有雷达信号频谱存在的频域也存在干扰能量，造成干扰功率的浪费。因此近年来阻塞式干扰已经逐渐被分集瞄准式干扰所取代。第1章 绪 论3) 扫频式干扰扫频式干扰一般满足：fj(25)fr，fs=fj(t)，t0，T (6-3)即干扰信号中心频率fj(t)是覆盖fs、以T为周期、在扫频范围 内连续调谐的函数。扫频式干扰可以对

5、干扰频带内的各雷达形成周期性间断的强干扰。由于扫频范围较大，也可以降低对频率引导的要求，同时干扰扫频范围内的频率捷变、频率分集的雷达。它的缺点是在扫频范围内的平均干扰功率密度较低，近年来的改进主要是改变周期T，形成间隔和宽度非均匀的强干扰。 tftfTtTtj0j0max,min第1章 绪 论6.1.2 遮盖性干扰的效果度量遮盖性干扰的效果度量遮盖性干扰的直接效果是降低雷达对目标的检测概率Pd。由于雷达检测采用的是聂曼皮尔逊准则，在给定Pfa的条件下，Pd是信噪比S/N的单调函数，其中S、N分别为接收机线性系统输出端的目标回波信号功率和高斯噪声功率，这种度量方法称为功率准则。由于在给定功率的条

6、件下，高斯噪声具有最大熵，当实际噪声为非高斯噪声时，只需要对噪声质量因子进行修订。此外, 还可以采用适当的设备对S/N和Pd进行测试。因此功率准则具有良好的合理性、可测性和可控性。第1章 绪 论根据检测原理，S/N越低, Pd越小，但只要Pd0，在理论上雷达总有检测目标的可能。因此从干扰机设计的实际情况出发，要求Pd=0显然是不合理的。目前国内外普遍将Pd0.1作为遮盖性干扰有效的标准，并将此时在雷达接收机输出端、目标检测器前干扰信号功率Pjd与目标回波信号功率Psd的比值定义为压制系数Ka，即(6-4)1 . 0sdjddefdPaPPKKa是干扰信号调制样式、调制参数，雷达接收机响应特性，

7、信号处理方式等诸多因素的复杂函数。将功率准则应用于雷达在受到干扰时的威力范围，则将干扰机能够有效掩护目标的区域称为有效干扰区Vj，并以对Vj的评价函数E(Vj)作为干扰系统综合干扰效果的考核标准, 第1章 绪 论(6-5)式中W(V)为空间评价因子，以表现对不同空间位置有效干扰的重要性。 jjdVE VW VV第1章 绪 论6.1.3 最佳遮盖干扰波形最佳遮盖干扰波形雷达对目标的检测是在噪声背景中进行的，对于接收信号作出有无目标的两种假设检验具有不确定性，因此最佳遮盖干扰波形应是随机性最强(不确定性最大)的波形。一种度量随机变量不确定性的常用参量是熵(Entropy)，离散型随机变量的熵定义为

8、(6-6) def1=logmiaiiH xPP其中随机变量x的概率分布为。对于连续型随机变量, 1miiixP(6-7) logdaH xp xp xx 第1章 绪 论根据拉格朗日常数变易法，已知函数方程： (6-8),dbaF x px和m个函数方程的限制条件：(6-9)*1,d Nbiimax pxci其中i(x，p)，iN*m+1，是限制条件给定的函数，则式(6-8)的极值可由上面m个方程和下式确定：(6-10)1.,0miiiF x px ppp其中imi=1是拉格朗日常数，代入最大熵函数求解，则有已知条件:第1章 绪 论 (6-11) 22logdd1daH xp xp xxp x

9、xx p xx 整理成为标准表达式:(6-12) 2121221lnexFp xp xp xp xp xx p xp x 再利用限制条件，可以得到:第1章 绪 论 (6-13) 22221e22exp xH x它表明在给定功率的条件下，高斯噪声具有最大熵，也是遮盖性干扰的最佳干扰波形。对于各种非高斯噪声，仅以相同熵时实际噪声功率Pj与高斯噪声功率Pj0的比值定义其质量因素：(6-14)jj0jj02defj0jj=1HHHHPPP通过，可以将非高斯噪声转换为高斯噪声，再计算检测干信比。第1章 绪 论6.2 射频噪声干扰射频噪声干扰窄带广义平稳的高斯过程J(t)=Un(t)cos(jt+(t)

10、(6-15)称为射频噪声干扰。其中包络过程Un(t)服从瑞利分布，相位过程(t)服从0，2)均匀分布，且与Un(t)独立，载频j为常数，且远大于J(t)的谱宽。由于早期J(t)的制取主要来自于对宽带模拟低功率射频噪声的滤波和放大，所以又称为直接放大的噪声(DINA)。第1章 绪 论6.2.1 射频噪声干扰的统计特性射频噪声干扰的统计特性根据窄带高斯过程的定义，Un(t)的分布为 (6-16) 2222e 0uup uuJ(t)的功率为(6-17) 222JJn1d2PGffE JtE Ut式中GJ(f)为J(t)的功率谱，经常采用瞄准雷达信号频率的矩形功率谱(6-18) 2jjsjJjjs2

11、02ffffGffff第1章 绪 论6.2.2 射频噪声干扰对雷达接收机和信号检测的影响射频噪声干扰对雷达接收机和信号检测的影响典型的雷达接收机组成如图6-2所示，它主要由低噪声放大器、混频器、中放/匹配滤波器、包络检波器、相位检波器、视放/ADC和信号处理机等组成。在一般情况下，低噪声放大器和中放/匹配滤波器/增益控制等为线性系统；混频器本身虽然是非线性器件，但由于其输入信号功率一般都远小于本振功率，中放又具有很好的频率选择和匹配滤波特性，可以忽略信号高次谐波的影响。因此混频器的主要作用只是把射频信号(包括干扰)的频率搬移到固定的中频fI，对于信号传输，仍然可以视为线性系统。假设接收机输入端

12、的目标回波信号频谱为Fs(f)，根据雷达信号检测原理，以信号峰值功率与噪声平均功率之比定义为信噪比。为了便于分析，在忽略接收机内噪声的情况下，输入端干信比(J/S)R为第1章 绪 论图6-2 雷达接收机的典型组成示意图(6-19) 2JRrsrs2srsddGffJSPPFffEP第1章 绪 论式中, Prs为接收目标回波信号的脉冲峰值功率, E是宽度为的脉冲信号能量。经过中放输出的干信比(J/S)I为 (6-20) 2JLI2IsLIddGffHffJSFffHff式中, fL为本振频率，HI(f)为中放及接收前端的频率响应。当接收机为理想的匹配滤波器时，HI(f)=kF*s(|ffL|)e

13、j2ft0，中放输出的信号峰值功率为(6-21) 222IsLIdSFffHffk E一般遮盖性干扰信号是与雷达接收机失配的，假设HI(f)具有带限频响，且干扰功率谱在fj内均匀分布(6-22) rII0,2fHfff第1章 绪 论则对式(6-18)的输入噪声功率谱，中放输出的噪声功率为 (6-23) 222IJLIjdJGffHffkEf将式(6-21)、(6-23)代入式(6-20), 可得(6-24)22rrIRjrsjj1;fJJDfSEfPfSfD 中放输出的内噪声功率为(6-25) EFKTkffHFNR022IR0IdKT两种噪声合成后的中放输出干信比为(6-26)rsrR0RR

14、jrRI11PfFKTSNDSNDffSJSNJ第1章 绪 论包络检波器是非线性器件，根据随机信号非线性变换的性质，窄带高斯噪声的包络服从瑞利(Reily)分布，噪声与目标回波信号合成的包络服从莱斯(Rice)分布，检波器输出信号经过视频放大送给信号处理机。典型的包络信号处理过程是：首先进行模数变换(ADC)，再经过脉冲积累和恒虚警检测，输出目标有无的判决结果。现代雷达信号处理的脉冲积累已经十分接近理想积累，而典型的射频噪声干扰信号是与雷达脉冲重复周期异步的，脉冲积累后目标回波信号将获得n倍的相对改善，也使相应的检测干信比降低为原来的1/n。n为有效的脉冲积累数，它既取决于雷达天线连续照射目标

15、时间Ts内的发射脉冲数ns=Ts/Tr，也受限于信号处理机中的最大脉冲积累处理数nmax，因此有效脉冲积累数n应为两者的最小值n=minns，nmax(6-27)第1章 绪 论经过脉冲积累后的检测干信比用于目标检测, (6-28)DI1JJNSSn相位检波器主要用于各种动目标检测和相参信号处理雷达。相位检波器输出一对中频信号与相参振荡信号相位差的正交视频信号，类似于又一次混频和频谱搬移。如果忽略相位检波器中的信号交调，也可以视其为线性系统。正交视频信号经过视放、ADC进入信号处理机。典型的信号处理过程是：首先按照雷达脉冲重复周期Tr对属于同一距离单元的相邻脉冲采样数据进行连续抽取(也称为横向抽

16、取)，再对抽取数据进行杂波对消，以便抑制强杂波干扰；然后通过多普勒滤波器组(长度一般与脉冲积累数一致)进行脉冲积累；最后经过适当的恒虚警检测，输出具有一定径向速度的目标回波检测结果。第1章 绪 论第1章 绪 论由于射频噪声干扰与雷达信号非相参，经过相干检波后输出的视频噪声谱宽远大于雷达的脉冲重复频率，因此在横向抽取过程中，干扰信号将发生严重的频谱混叠，其宽带功率谱Gn(f)经过反复折叠，趋向于成为无模糊多普勒频率检测范围内的均匀谱，如图6-3所示。(6-29) IIncrr 0JNGfkfff式中kc为相位检波器、ADC的振幅响应。需要说明的是，在横向抽取过程中，目标回波信号的多普勒频率也将从

17、fd折叠到fd：(6-30)ddrmod,fff 第1章 绪 论图6-3 横向滤波抽取后的噪声谱第1章 绪 论假设对消滤波器和多普勒滤波器组的频率响应分别为Hc(f)、Hd(f)，功率增益为k1，则经滤波器组输出的目标信号功率SD和射频噪声/内干扰功率JD分别为 (6-31) r22D1Icddd2cd0D1IIrfSk n S HfHfHf HfdfJk n JNf一般MTI雷达对消后没有多普勒滤波器组，而是直接进行脉冲积累，Hd(f)1，其检测干信比为(6-32a) r2cr02DIcdd1fHfffJJNSSnHf第1章 绪 论式中, 为对消后的平均杂波剩余，而回波信号的对消剩余取决于对

18、消滤波器的响应|Hc(fd)|2，如果视fd为fr内均匀分布的随机变量，则两者相等。这也说明杂波对消不能改善射频噪声干扰的干信比。将这一分析代入式(6-32a)，则有 r2cr0dfHfff(6-32b)DI1JNJNSSn一般MTD雷达多普勒滤波器的通带fd较宽,fdfr/n，假设其具有矩形频率响应特性，则检测干信比为(6-33)dDIr1JNJNfSSn f第1章 绪 论它表明MTD雷达由于抑制了部分带外干扰，对射频噪声干扰的检测干信比有一定改善。脉冲多普勒(PD)雷达的多普勒带宽很窄，理论带宽可达fd=fr/n，其检测干信比为(6-34)2dI1JNJNSSn它表明PD雷达通过多普勒频率

19、的高分辨能力，能够有效抑制多普勒频率阻塞式干扰。第1章 绪 论第1章 绪 论6.2.3 射频噪声干扰的产生技术射频噪声干扰的产生技术射频噪声干扰具有模拟和数字两种产生方法。典型的模拟产生方法如图6-4所示。在图6-4(a)中，首先由宽带射频噪声源产生低功率的准白噪声，其等效噪声带宽足以覆盖干扰信号需要使用的工作频率范围；然后通过中心频率和带宽均可调谐的带通滤波器选择一段射频噪声谱，经过射频放大链放大到需要的功率电平，由干扰发射天线辐射输出。宽带射频噪声源常用具有高效、较大噪声功率和大带宽输出能力的噪声管担任。第1章 绪 论图6-4 射频噪声干扰的模拟产生方法第1章 绪 论由于实际使用的射频噪声

20、干扰带宽是与被干扰的雷达信号带宽密切相关的，只要射频噪声带宽能够覆盖雷达信号带宽或雷达的工作带宽就足够了，噪声的中心频率可以通过变频技术进行控制。这种相对窄带的射频噪声源不仅容易实现，而且有利于提高噪声源的效率和输出功率。在图6-4(b)中，窄带射频噪声源的输出带宽固定为f0fj max/2，f0+fj max/2， 其中fj max满足射频噪声干扰最大瞬时干扰带宽的要求。带通滤波器的中心频率为f0，通带宽度fj可调谐，滤波输出的射频噪声干扰信号与锁相本振信号混频/滤波，达到指定的射频频段，再经过射频功率放大链输出。第1章 绪 论 射频噪声干扰信号的包络电压服从瑞利分布，当平均输出信号功率为2

21、时，其功率分布和熵分别为(6-35) 222222201e 01elnd1lnxxP xxxH xx 如果要求干扰信号不失真，射频放大链应具有很大的线性动态范围。实际功放在过激励条件下会发生输出饱和，使输出干扰信号功率发生限幅，其概率分布、输出平均功率和熵分别为(6-36) 202020220020201e ed1elnd1ln1exxxxxxP xxxPxP xxH xP xP xx第1章 绪 论射频噪声干扰的数字产生方法如图6-5(a)所示，零中频、带宽为fj的基带射频干扰波形数据可预先保存在存储器中。该数据的产生方法很多，可参见相关文献。实施干扰时，以时钟频率fck将其依次读出，经过数模

22、转换(DAC)成为正交视频信号，再通过正交调制器、带通滤波器成为中心频率为f0、带宽为fj的基带射频噪声干扰信号。该信号再与锁相本振信号混频、滤波，成为中心频率为fj、带宽为fj的小功率射频噪声干扰信号。由于存储器容量M有限，所以该方法输出噪声的周期TN为TN=M/fck。第1章 绪 论图6-5 射频噪声干扰的数字产生电路组成第1章 绪 论如果在正交基带射频噪声波形存储器中装填的是白噪声数据，则在fck时钟下DAC输出的噪声相关函数R()如图6-6(a)所示。(6-37) ckckck2 01TTTR式中, Tck=1/fck。该射频噪声干扰的功率谱G()为(6-38) 2ckck222sin

23、4TTG可见该射频噪声干扰的谱宽与读出时钟频率对应。第1章 绪 论在图6-5(b)中，采用N阶伪随机M序列中的若干位作为存储器的地址，由于其周期2N1M，且M序列的状态(除全零状态以外)具有各态历经性质，所以该噪声的周期将达到:(6-39)ckN12fTN因此图6-5(b)的实现方法使用有限的白噪声数据存储容量就可以产生周期足够长的射频噪声干扰。射频噪声干扰的数字产生方法还特别适合于同时干扰多威胁雷达信号，对此将在第8章有关干扰机的数字干扰合成(DJS)技术中再进行讨论。第1章 绪 论图6-6 数字白噪声的相关函数与功率谱第1章 绪 论6.3 噪声调幅干扰噪声调幅干扰广义平稳随机过程(6-40

24、) def0nj=cosJ tUUtt称为噪声调幅干扰。其中，调制噪声Un(t)是均值为零、方差为2n、在区间U0，)分布的广义平稳随机过程；为0，2)均匀分布的随机变量，且与Un(t)独立; U0、j为常数。其波形如图6-7所示。第1章 绪 论图6-7 噪声调幅干扰信号波形示意图第1章 绪 论6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性噪声调幅干扰的统计特性根据式(6-40)噪声调幅干扰的定义，其均值EJ(t)、相关函数RJ和功率谱GJ()分别为第1章 绪 论这就是著名的噪声调幅定理，它表明噪声调幅干扰具有载波功率U20/2和一半边带功率Rn(0)/2，如图6-8所示。噪声调幅干扰在雷达接收机输入端的

25、干信比为(6-42) 20nRrs02URJSP Un(t)通常为在U0，U0范围对称分布的噪声。由于起主要干扰作用的是边带功率，因此在调幅干扰中应尽可能提高Un(t)的功率。在以上约束条件下，在两个边界点上成离散分布p(u)的随机变量具有最大功率，进而两边界点的等概率分布具有最大熵, (6-43) 001 21 2UUp u第1章 绪 论图6-8 噪声调幅干扰功率谱示意图第1章 绪 论该分布的功率和熵分别为 (6-44) 2n0ln20.693PUH u可见其边带功率甚至达到了载波功率的2倍，熵与功率无关。其物理意义为：采用工作比为50%的随机脉冲序列进行100%调幅，该调幅干扰信号具有最大

26、的边带功率和稳定的熵。实际工程中采用长周期、自相关特性呈冲激函数的伪随机噪声调幅。假设伪随机噪声的时钟周期为Tck，则其自相关函数Rn()和功率谱Gn(f)分别为(6-45) 2n0ckck220cknck1 sinRUTTUfTGfTf第1章 绪 论其结果与式(6-37)、(6-38)数字射频噪声干扰的情况类似，等效噪声带宽fn为(6-46) nncknckd10GffffGT第1章 绪 论6.3.2 噪声调幅干扰对雷达信号检测的影响噪声调幅干扰对雷达信号检测的影响噪声调幅干扰对雷达信号检测的影响与干扰信号的频率引导误差f=fjfs、等效噪声带宽fn、雷达接收机带宽fr等具有非常密切的关系。

27、为便于分析，假设接收机在带内具有矩形频率响应。可分为以下两种情况分析。第1章 绪 论1) ffr2此时噪声调幅干扰的载波功率和部分边带功率进入雷达接收机，并通过接收机的低噪声放大、混频、中放，由中放输出的干信比为(6-47) rr220n22IR0nd10ffffUGffJJSSDUR 对于普通雷达，脉压增益D=1，合成信号包络Ue为(6-48) 22e0ns0nsjs2cos 2UkUUtUUUtUft 第1章 绪 论在一般情况下，fn的带宽有限，在雷达接收机内的随机脉冲仍然是间断的，它与目标回波脉冲发生混叠。若干扰功率远大于目标回波功率，即(U0+Un(t)Us，则合成包络近似为(6-49

28、) e0nsjscos 2Uk UUtUft 第1章 绪 论2) ffr/2此时只有部分噪声调幅干扰的边带功率进入雷达接收机，并通过接收机的低噪声放大、混频、中放，由中放输出的干信比为(6-50) rr2n22IR0nd10ffffGffJJSSDUR 由于进入雷达接收机的干扰信号谱非对称，U0+Un(t)的包络将发生较大失真。第1章 绪 论对于异步伪随机脉冲干扰来说，积累后的干信比降低为原来的1/n。因此伪随机脉冲调幅对包络检测的干信比为(6-51)DI10.1 0.2JJSSn由于接收机内噪声的性质与噪声调幅干扰不同，两者共同作用时, (6-52)DIR110.1 0.2JNJNSSSD

29、n第1章 绪 论如果伪随机脉冲调幅干扰与雷达发射信号非相参，则相位检波器输出的干扰信号不仅有脉冲调制，还有相对频率和相位差形成的脉冲起伏调制。相对于雷达的脉冲重复频率来说，干扰信号的频谱较宽，在横向抽取时也将发生严重的频谱混叠，并趋向于成为式(6-29)那样无模糊多普勒频率检测范围内的均匀谱，不仅杂波对消器无法对消，并且会阻塞全部多普勒滤波器组。因此对MTI雷达的检测干信比仍为式(6-51)；对于带宽为fd、矩形频率响应特性的MTD雷达，检测干信比为(6-53)dDIRr110.1 0.2JNJNfSSSD n f第1章 绪 论对于脉冲多普勒雷达的检测干信比为(6-54)2DIR110.1 0

30、.2JNJNSSSD n同步伪随机脉冲干扰的干扰脉冲与雷达发射信号同步，在有干扰脉冲存在的时间里不会由于脉冲积累而降低干信比，但在没有干扰脉冲存在的时间里不能有效遮盖目标回波信号，主要形成一种距离欺骗干扰的效果。与雷达发射信号相参的噪声调幅干扰信号具有相对准确而稳定的频谱，在横向抽取的过程中不会发生频谱均匀化的扩散，主要用于对雷达速度检测、测量和跟踪系统的欺骗干扰。对此，一并在欺骗干扰章节中讨论。第1章 绪 论6.3.3 噪声调幅干扰的产生技术噪声调幅干扰的产生技术非相干异步伪随机噪声调幅信号的产生主要采用图6-9所示的电路。由雷达侦察机提供振荡器的频率引导，使频率引导误差尽可能为零(|f|=

31、0)。振荡器输出信号经过PIN开关和放大链，从发射天线辐射输出。伪随机码源在系统时钟fck作用下，依次输出伪随机序列码，作用于PIN开关，形成平均工作比为50%的脉冲调幅信号，fck频率应接近被干扰雷达信号带宽fr。伪随机码的周期T应大于雷达信号的脉冲积累时间nTr，以便在雷达信号处理时间内保持式(6-41)的自相关特性。第1章 绪 论图6-9 非相干异步伪随机噪声调幅信号产生电路第1章 绪 论6.4 噪声调频干扰噪声调频干扰广义平稳随机过程(6-55) defjjFM0cos2dtJ tUtKu tt称为噪声调频干扰。其中，调制噪声u(t)为零均值的广义平稳随机过程；为0，2)均匀分布的随机

32、变量，且与u(t)独立；Uj、j、KFM为常数，分别为噪声调频干扰的振幅、中心频率和调频斜率。其波形如图6-10所示。第1章 绪 论图6-10 噪声调频干扰波形示意图第1章 绪 论6.4.1 噪声调频干扰的统计特性噪声调频干扰的统计特性根据式(6-55)噪声调频干扰的定义，其均值EJ(t)、相关函数RJ分别为(6-56a)(6-56b)第1章 绪 论当u(t)为零均值正态过程时，e(t)也为零均值正态过程，式(6-56b)中的第二项为零, (6-57) 222jj2Jjj22coscosecos2220eeUUREe te tEe te tRR其中, e(t)=2KFMt0u(t)dt, Re

33、()是正态过程e(t)的自相关函数，它可由调频噪声u(t)的功率谱Gn(f)通过变换求得。假设其具有带限均匀谱(6-58) 2nnnn0 0其它fFFGf 第1章 绪 论则e(t)的功率谱Ge( f )为(6-59)(6-60)将式(6-60)代入式(6-57)，并求解噪声调频干扰在正频率区的功率谱(6-61)该积分式只有在mfe1或mfe1此时积分项内的指数随 迅速减小，对功率谱的主要贡献是 较小时的积分区间。这时将cos展开为级数，并取前两项近似：(6-62)2cos12 代入式(6-61)，可得(6-63)第1章 绪 论由上式可以得到mfe1时噪声调频干扰功率谱特性的重要结论：(1) 噪

34、声调频信号的功率谱密度GJ(f)与调制噪声的概率密度pn(u)具有线性变换关系，当pn(u)为正态分布时，GJ(f)也为正态分布。这一结论可以推广到非正态噪声调频的情况。例如为了获得均匀带限谱，可以采用概率密度均匀分布的噪声。利用这种线性变换关系，可以大大简化调频干扰信号功率谱GJ(f)的计算方法，即直接由pn(u)的雅可比变换得到: (6-64)2jjJjFMFM12UffGffpKK也可以像图6-11那样，采用作图法进行坐标的线性变换。这种方法称为准线性变换法。第1章 绪 论图6-11 准线性变换法求功率谱密度第1章 绪 论(2) 噪声调频信号的功率等于载波功率:(6-65) 2JJJd2

35、UPGff它表明调制噪声功率不会对已调波的功率产生影响，这是与噪声调幅不一样的。(3) 噪声调频信号的等效干扰带宽为(6-66)jdede22.5fff它与调制噪声的带宽Fn无关，而只取决于调制噪声的功率2n和调频斜率KFM。第1章 绪 论2) mfe1这时调制噪声带宽Fn相对很大， (6-67)n222001cossin2d2d2 代入式(6-60)，可得 2de2jnJ222dejn222fUFGffffF(6-68)功率谱密度如图6-12所示。由式(6-68)可得等效噪声带宽为(6-69)22dejn2ffF第1章 绪 论图6-12 mfe1时的fj表达式(6-63)变成mfe的函数，作

36、出fj与mfe的关系曲线。再将mfe1时的fj与mfe的曲线与mfe1时的曲线画在一起，可以看到，当mfe=0.75时，两曲线相交。因此，当mfe0.75时，按照mfe0.75时，按照mfe1计算；mfe=0.75时，上述情况任选一种计算。第1章 绪 论图6-13 干扰带宽与调制指数的关系第1章 绪 论6.4.2 噪声调频干扰对雷达信号检测的影响噪声调频干扰对雷达信号检测的影响噪声调频信号的瞬时振荡频率按照调制噪声电压变化，图6-14画出了噪声调频干扰信号的瞬时频率通过雷达接收机中放带宽后的输出波形关系。由于受到中放频率特性的影响，等幅调频波经过中放后输出为调幅调频波。如果频率的摆动小于中放带

37、宽，则幅度起伏很小；如果瞬时频率超出了中放带宽，则中放输出会发生信号的间断。因此当调频带宽大于接收机中放带宽时，中放的输出信号就是一系列随机间隔、随机宽度、幅度起伏的脉冲串，其统计特性与调制噪声的分布和谱宽具有密切关系。第1章 绪 论图6-14 噪声调频波的中放输出波形示意图第1章 绪 论噪声调频干扰对线性系统的作用与第2章讨论的接收机动态频率响应类似，当等幅调频信号作用于中放时，如果信号频率的变化速率很低，中放的输出近似为等幅脉冲，脉冲宽度对应于瞬时频率在接收机带宽内的驻留时间，随接收机带宽增大而变宽，随瞬时频率迁移速度的增大而减小；中放输出的随机脉冲幅度随中放带宽的增加提高，随干扰信号瞬时

38、频率迁移速度的增大而减小，但其脉宽会发生展宽，不再对应于瞬时频率在带宽内的驻留时间。由于中放带宽为fr时的暂态响应时间近似为其倒数ty1/fr，重叠条件也可以表示为(6-70)r1T f第1章 绪 论随机脉冲的平均时间间隔与调制噪声谱宽Fn、频率引导误差f等有关。当瞬时频率呈高斯分布，f=0，接收机具有矩形频率响应时，干扰信号瞬时频率位于接收机带内的概率为(6-71)2j2jrdejr22in02de1ed2fffffffPfxf 式中, ; ，为误差函数积分值。单位时间内瞬时频率以正斜率跃出中放带宽的平均次数为r0de2fxf202002ed2xxxx(6-72) 2020 exNR第1章

39、绪 论式中, R(0)是瞬时频率f(t)相关函数在0处的二阶导数，它与调制噪声功率谱Gn(f)的关系为 (6-73) 2n2n10dRf Gff 式中2n为调制噪声功率。对于式(6-57)的均匀带限谱,其结果为(6-74) n222nn20nn10d3FFRffF 代入式(6-72)，得到(6-75)20n2e3xFN以负方向跃出中放带宽的情况与此相同，因此在单位时间内双向跃出中放带宽的平均次数为，平均周期为2NT第1章 绪 论 (6-76)202n13e22xTNF处于中放带内的平均脉冲宽度为(6-77)20in20n3e22xPxNF处于中放带外的平均时间 为(6-78)20in20n13

40、1e22xPxNF由式(6-78)作出的x0与关系曲线如图6-15所示。代入重叠条件, 则有nFnr1Tf20r2n2e3xfF或在工程中可选为Fn=(510)fr。第1章 绪 论图6-15 x0与 的相互关系nF第1章 绪 论噪声调频干扰信号通过雷达接收机中放输出的干扰功率为(6-80) 2IRIJIdJJ kGfHff如果fjfr，则中放输出几乎是等幅连续波，由于它失配于雷达的脉冲压缩处理，在经过脉冲压缩滤波器后趋近于窄带高斯噪声，也可以干扰雷达相位检波后的动目标处理。但是对普通包络检测的雷达，经过包络检波后只有直流分量，而无起伏的噪声分量，对包络检测雷达的干扰效果很差。因此一般噪声调频干

41、扰的fj总是大于fr，如果都以等效带宽计算，则中放输出的噪声调频干扰信号功率为(6-81)rrIIRjsIRj2ffJk J Pffk Jf第1章 绪 论式中, JR=U2j/2，是接收机输入端的噪声调频干扰功率；P(|fjfs|fr/2)为干扰信号瞬时频率位于雷达接收机通带内的概率。由此得到接收机中放输出端的干信比(6-82)rIRRj11JNJfNSSf DSD如果噪声调频干扰满足式(6-79)的重叠条件，则中放输出的调频干扰已经十分接近于窄带高斯噪声了，可以像射频噪声干扰一样，按照式(6-28)、(6-32)、(6-33)、(6-34)分别进行对包络检测雷达、MTI雷达、MTD雷达、PD

42、雷达和SAR雷达的检测干信比计算。如果噪声调频干扰不满足式(6-78)的重叠条件，调频干扰形成的随机脉冲比较稀疏，通过包络检波器的输出就会趋近于随机脉冲调幅干扰，出现明显的“天花板”效应，其中随机干扰脉冲有无的概率密度p(j)分别为第1章 绪 论 (6-83) ,p1p有无p jrjs=2fp Pff该分布的熵为H(j)=p lnp(1p)ln(1p)(6-84)参照50%工作比的伪随机噪声调幅脉冲干扰，其质量因素为(6-85) 0.10.20.693Hj当p=0.5时，该熵具有最大值H(j)=0.693。它对包络检测雷达的检测干信比为(6-86) DI10.1 0.20.693HjJJSSn

43、第1章 绪 论6.4.3 噪声调频干扰的产生技术噪声调频干扰的产生技术图6-16是噪声调频干扰信号的典型产生电路，其中压控振荡器(VCO)是核心器件，改变VCO的调谐电压u(t)，其瞬时振荡频率f(t)将发生相应的变化。干扰技术产生器根据雷达侦察设备的频率引导，输出与中心频率fj相对应的直流电压u0和与输出干扰功率谱GJ(f)相对应的零均值噪声电压u(t), u(t)=u0+u(t)(6-87)在一般情况下，u(t)的振幅分布与GJ(f)一致，目前多采用均匀分布。常用的VCO有变容二极管调谐的固态振荡器，电压调谐的磁控管、返波管等。固态VCO的输出功率较小，一般需要经过功放才送给发射天线。第1

44、章 绪 论图6-16 噪声调频干扰的典型产生电路第1章 绪 论6.5 噪声调相干扰噪声调相干扰广义平稳随机过程 defjjcosJ tUtt(6-88)称为噪声调相干扰。其中, 调制噪声(t)为零均值、在，分布的广义平稳随机过程; 为0，2)均匀分布的随机变量，且与(t)独立; Uj、j为常数，分别为噪声调相干扰的振幅和中心频率。第1章 绪 论6.5.1 噪声调相干扰的统计特性噪声调相干扰的统计特性根据式(6-88)噪声调相干扰的定义，其均值EJ(t)和相关函数RJ分别为对于目前常用的伪随机噪声调相来说，如果Tck，则Ecos(t+)(t)=0；如果=0，Ecos(t+)(t)=1。根据上述关

45、系近似, 可得第1章 绪 论 (6-90) 2jckjJckckcos1 20UTRTT利用式(6-90)，得到伪随机噪声调相干扰在正频率区的功率谱(6-91) 22ckjjJ2ckjsin2TffUGTff等效干扰带宽为(6-92) 2jjJck21maxfUfGfT第1章 绪 论6.5.2 噪声调相干扰对雷达信号检测的影响噪声调相干扰对雷达信号检测的影响伪随机数字噪声调相信号对雷达接收机和信号检测的影响类似于噪声调频。当fjfr时，瞬时振荡频率也会跃出中放带宽，产生随机周期、脉宽的调频干扰信号；fj越大，发生的脉冲数越多，平均周期越短。对此可以参照噪声调频干扰的原理对干扰信号进入雷达接收机

46、带内的概率Pin、平均脉冲数、平均脉冲宽度、平均脉冲周期等进行分析和计算，得到对各种体制雷达干扰的干信比。NT第1章 绪 论6.5.3 噪声调相干扰的产生技术噪声调相干扰的产生技术图6-17是噪声调相干扰信号的典型产生电路，其中被调信号主要来自直接收到的雷达信号或存储后需要转发的雷达信号。数字移相器是噪声调相干扰的核心器件，一般最大相移量为360，它的主要指标有：工作带宽，插损，相位量化位数B，每bit的相移量为360/2B，最大建立时间为TP等。伪随机噪声源按照时钟周期Tck输出B位噪声码，通过数字移相器实现干扰信号调相，调相后的干扰信号通过功率放大，由发射天线辐射输出。第1章 绪 论图6-17 噪声调相信号的典型产生电路第1章 绪 论在正常工作的条件下，必须要求：TckTP。B影响调相信号的频谱纯度，其杂散抑制D为D=6.02B (dB)(6-93)由于用作干扰的信号对D要求不高，所以经常选用56 bit的数字移相器。