雷达、通信和电子战系统中的频率敏捷性

这个例子展示了如何在雷达、通信和电子战系统中建模频率敏捷性，以对抗干扰的影响。

简介

有源电子操纵相控阵系统可以使用相同的阵列硬件支持多种应用。这些应用可能包括雷达、电子战和通信。然而，这些类型的系统运行的射频环境是复杂的，有时是敌对的。例如，中继器干扰机可以重复接收到的雷达信号并重新发送它来混淆雷达。在一些文献中，这也被称为欺骗。频率捷变是对抗干扰源产生的信号的一种有效技术，有助于支持这些系统的有效运行。

在本例中，我们首先设置了一个带有静止的单静态雷达和移动的飞机目标的场景。然后飞机产生欺骗信号混淆雷达。一旦雷达探测到干扰源，可以采用频率捷变技术使雷达克服干扰。

无干扰环境下的系统仿真

假设在原点处有x波段单站雷达。

fc = 10 e9;定义x波段雷达的工作频率fs = 2 e6;定义系统的采样率c = 3 e8;λ= c / fc;radar_pos = (0, 0, 0);radar_vel = (0, 0, 0);

雷达接收器，也可以作为电子战接收器，是一个64元(8 × 8)均匀矩形阵列(URA)具有半波长间距。

雷达阵列规范锥形= taylorwin (8);taperURA =锥形。*锥”;天线=分阶段。(精“元素”,分阶段。CosineAntennaElement,.．.“大小”[8],“ElementSpacing”(λ/ 2λ/ 2),.．.“锥”, taperURA);

该阵列的波束图如下图所示。

模式(天线、fc、“类型”，“powerdb”）

雷达发射线性调频脉冲。设置发射器和接收器的规格。

wav =分阶段。LinearFMWaveform (“SampleRate”fs,.．.“脉冲宽度”, 10 e-5,“SweepBandwidth”1 e5,脉冲重复频率的, 4000,.．.“FrequencyOffsetSource”，输入端口的）;tx =分阶段。发射机(“获得”, 20岁,“PeakPower”, 500);txArray =分阶段。WidebandRadiator (“SampleRate”fs,.．.“传感器”、天线、“CarrierFrequency”、fc);rxArray =分阶段。WidebandCollector (“SampleRate”fs,.．.“传感器”、天线、“CarrierFrequency”、fc);rxPreamp =分阶段。ReceiverPreamp (“获得”10“NoiseFigure”5,.．.“SampleRate”fs);

明确环境和目标。本例使用宽带传播通道来传播具有不同载波频率的波形。

=阶段性目标。RadarTarget (“MeanRCS”, 100,“OperatingFrequency”、fc);target_pos = (8000; 1000; 1000);target_vel = (100, 0, 0);%传出和传入通道envout =分阶段。WidebandFreeSpace (“TwoWayPropagation”假的,.．.“SampleRate”fs,“OperatingFrequency”足球俱乐部,“PropagationSpeed”c);envin =分阶段。WidebandFreeSpace (“TwoWayPropagation”假的,.．.“SampleRate”fs,“OperatingFrequency”足球俱乐部,“PropagationSpeed”c);

本例使用两个单向传播通道，因为干扰信号只通过返回通道传播。

模拟接收到的回声。

rng (2017);[tgtRng, tgtAng] = rangeangle(target_pos, radar_pos);x = wav (0);%波形xt = tx (x);%传输xtarray = txArray(xt, tgtAng);%辐射yp = envout (xtarray radar_pos、target_pos radar_vel, target_vel);%传播年=目标(yp);%反映你们= envin(年target_pos、radar_pos target_vel, radar_vel);%传播你们欧美= rxArray (tgtAng);%收集欧美= rxPreamp(欧美);%接收

使用二维波束扫描来估计到达的方向，并使用估计的方位角和仰角来指导波束形成器。

估计量=分阶段。BeamscanEstimator2D (“SensorArray”、天线、.．.“DOAOutputPort”,真的,.．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,.．.“NumSignals”, 1.．.“AzimuthScanAngles”40:40,.．.“ElevationScanAngles”, 60:60);[~, doa] =估计量(次);beamformer =分阶段。SubbandPhaseShiftBeamformer (“SensorArray”、天线、.．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,“DirectionSource”，输入端口的，.．.“SampleRate”fs,“WeightsOutputPort”,真正的);[ybf ~] = beamformer(欧美、doa);

将波束形成的信号通过匹配的滤波器和检测器。

mfcoeff1 = getMatchedFilter (wav);mf1 =分阶段。MatchedFilter (“系数”, mfcoeff1);

下图显示目标在接收到的信号中产生一个主导峰。

日元= mf1 (ybf);nSamples = wav.SampleRate / wav.PRF;t = ((0: nSamples-1)——(元素个数(mfcoeff1) 1)) / fs;r = t * c / 2;情节(r / 1000、abs(日元)“- - -”网格)在包含(的距离(公里)) ylabel (“脉冲压缩信号量级”）

图中包含一个axes对象。axis对象包含一个类型为line的对象。

目标与干扰机的信号分析

在前一节中，雷达工作得非常好。然而，在复杂的环境中，干扰会影响雷达的性能。干扰可能来自其他系统，如无线通信信号或干扰信号。现代雷达系统必须能够在这样的环境中工作。

相控阵雷达可以通过空间处理来滤除干扰。如果目标和干扰源在角空间内分离良好，波束形成是抑制干扰的一种有效方法。详情请参阅阵列模式综合第一部分:空化、窗口化和细化的例子。

这个例子关注的是目标和干扰距离很近的情况，因此空间处理无法将两者分开。考虑这样一种情况:目标飞机可以确定从雷达传输的信号的特征，并使用该信息产生一个脉冲，从而迷惑雷达接收器。这是一种常用的干扰或欺骗技术，以使雷达远离真正的目标。

显示检测到的信号特征。

Pw =(脉冲宽度(abs(yp)， fs));PRF = round(1/pulseperiod(abs([yp;yp])， fs));bw = obw (fs, yp [], 95);流(“波形特点:\ n”）;

波形特点:

流(的脉冲宽度:\ t \ t % f \ n”、pw);

脉冲宽度:0.000100

流(脉冲重复频率:\ t \ \ t % f \ n”脉冲重复频率);

脉冲重复频率:4000.000000

流(“扫描带宽:\ t % f \ n”bw);

扫频宽:112041.098255

干扰者需要时间来做这种分析和准备干扰信号，因此很难立即创建一个有效的欺骗信号。但通常在几个脉冲间隔内干扰信号就准备好了，干扰器可以把它放在脉冲中的任意位置，使欺骗目标看起来比真实目标更近或更远。同样值得注意的是，使用最新的硬件，估计信号特征所需的时间大大减少。

假设干扰机想把信号放在5.5公里左右，干扰机可以在适当的时刻发射干扰信号，引入相应的延迟。此外，由于这是从干扰机到雷达的单向传播，所需的功率要小得多。这确实使干扰非常有效，因为它不需要太多的功率使雷达失明。

jwav =分阶段。LinearFMWaveform (“SampleRate”fs,.．.“脉冲宽度”pw,“SweepBandwidth”bw,脉冲重复频率的脉冲重复频率);xj = jwav ();Npad =装天花板(5500 / (c / fs));xj = circshift (xj, Npad);%垫零引入相应的延迟txjam =分阶段。发射机(“获得”0,“PeakPower”5);xj = txjam (xj);你们= envin(年+ xj, target_pos radar_pos, target_vel, radar_vel);你们欧美= rxArray (tgtAng);欧美= rxPreamp(欧美);ybfj = beamformer(欧美、doa);y1j = mf1 (ybfj);干扰机+目标返回%情节(r / 1000、abs (y1j))网格在包含(的距离(公里)) ylabel (“级”)标题(“脉冲压缩从目标和干扰器返回”）

图中包含一个axes对象。标题为“脉冲压缩从目标和干扰器返回”的axes对象包含一个类型为line的对象。

接收的信号现在包含了期望的目标返回和干扰信号。此外，干扰信号似乎更近了。因此，雷达更有可能锁定最近的目标，认为它是最突出的威胁，在真正的目标上花费更少的资源。

频率敏捷对抗干扰

减轻雷达接收机干扰影响的一种可能的方法是采用预先确定的跳频计划。在这种情况下，雷达传输的波形可以不时地改变载频。由于跳跃序列只有雷达知道，干扰机将无法立即跟上变化。相反，在产生新的干扰信号之前，它需要花更多的时间来获取正确的载波频率。它还需要干扰机上更先进的硬件，以便能够处理更宽带宽上的信号传输。因此，频率跳变可以创建一个雷达工作的时间间隔，而不受欺骗信号的影响。此外，雷达可以在干扰机能有效地产生欺骗信号之前再次跳跃。

在以下情况下，假设传输信号从原来的载频10ghz跳升500khz。因此，新的波形信号可以表示为:

deltaf = f / 4;xh = wav (deltaf);%跳信号

该图显示了原始信号和跳变信号的谱图。注意，跳变信号是在频域上相对于原始信号的偏移。

pspectrum (x + xh fs,的谱图）

图中包含一个axes对象。标题为Fres = 81.484 kHz, Tres = 31.5 μs的坐标轴对象包含一个类型为图像的对象。

使用前面介绍的类似方法，可以使用新的波形来模拟雷达回波。注意，由于干扰器不知道这个跳，干扰信号仍然是相同的。

xth = tx (xh);xtharray = txArray(xth, tgtAng);yph = envout (xtharray radar_pos、target_pos radar_vel, target_vel);yrh =目标(yph);叶= envin (yrh + xj, target_pos radar_pos, target_vel, radar_vel);yth = rxArray(叶、tgtAng);从技术上说yth = rxPreamp(云天化);从技术上说ybfh = beamformer(云天化、doa);

由于雷达知道跳频计划，信号处理算法可以利用该信息只提取当前载波频率附近的频段。这有助于拒绝其他波段的干扰，也提高了信噪比，因为来自其他波段的噪声被抑制了。此外，当波形跳变时，匹配的滤波器需要相应更新。

现在对接收的信号应用相应的带通滤波器和匹配的滤波器。

首先，使用信号的信号带宽创建一个带通滤波器。

buttercoef =黄油(9,bw / fs);

然后用载波调制产生的带通滤波器，以获得该载波频率附近的带通滤波器。

bf2 = buttercoef。* exp(1 * 2 *π* deltaf *(0:元素个数(buttercoef) 1) / fs);

类似地，调制匹配的滤波器系数。

mfcoeff2 = getMatchedFilter (wav,“FrequencyOffset”, deltaf);mf2 =分阶段。MatchedFilter (“系数”, mfcoeff2);%提取波段并应用匹配的过滤器yb2 = mf2(过滤器(bf2 (:), 1, ybfh));绘制匹配的滤波信号情节(r / 1000、abs (yb2))网格在包含(的距离(公里)) ylabel (“级”)标题(脉冲压缩信号的）

图中包含一个axes对象。标题为Pulse Compressed Signal的axes对象包含一个类型为line的对象。

从图中可以看出，采用跳频技术后，目标回波和干扰信号是可以分离的。由于干扰器仍在原频带内，因此在波形当前所占据的新频带内只出现真实的目标回波，从而抑制了干扰器的影响。

总结

该实例表明，在复杂的射频环境中，采用频率捷变技术有助于对抗干扰效应。算例验证了该技术有助于雷达系统在不受干扰信号干扰的情况下识别真实目标回波。