技术分享

了解最新公司动态及行业资讯

应用于超宽带雷达干扰的光学射频存储技术研究

时间:2025-06-02   访问量:0

    0 引言 

    随着雷达技术的快速发展,捷变频、宽带跳频雷 达等已被广泛使用,雷达信号的工作频率范围越来 越宽。比如典型的四代机载AESA雷达[1],能够在 瞬时4GHz甚至更宽的频带内实现快速跳频和频 率分集,而且无论是其跳频的带宽还是跳频速率都 有进一步增加的趋势。另一方面,超宽带雷达在弹 道导弹防御方面发挥着重要作用,如美国国家导弹 防御系统(NMD)中应用的地基雷达(GBR),为了提 高成像精度和目标识别能力,通常发送带宽大于 1GHz的线性调频信号[2],可在数千千米外对来袭导弹进行识别和跟踪。要实现对此类超宽带雷达信 号的有效干扰,要求干扰源具有更大的瞬时带宽和 更灵活多样的干扰方式[3]。

     数字射频存储技术(DRFM)[4]是目前应用范围 广泛的一种雷达干扰技术,可以对接收的超宽带雷 达信号进行储存、复制、延时、调制和转发,能够有效 地对超宽带雷达信号进行干扰,但是数字射频存储 受A/D和D/A速率的限制以及量化精度的影响,带 宽、信杂比等性能都具有一定局限性。因此,我们针 对采用光纤延迟线对雷达信号进行延迟复制转发的 光学射频存储技术开展了深入研究。相对DRFM, 光学射频存储技术具有以下独特优点[5]:1)带宽大。 瞬时带宽仅受限于微波前端与电光/光电转换器件;2)低损耗、色散小。光纤的传输损耗低,约为 0.2dB/km,且色散小、易于长距离无失真地传输信 号;3)信号模拟采集与复制不占用处理资源,具有极 高的信号相参性及干扰响应速度;4)光子技术具有 较高的可靠性、电磁兼容性及抗干扰能力等。 因此,本文通过探讨光学射频存储器的原理,开 展等效桌面实验验证,配合相关仿真分析,研究了一 种能够适应大带宽、高保真需求且干扰样式灵活的 新体制超宽带干扰技术。

    1 原理与组成 

    光学射频存储器一般在干扰引导接收机的控制 下完成对雷达信号的复制及干扰,同时也可以在自 主模式下接收系统命令,其工作原理如图1所示。

image.png

    图1 光学射频存储器原理框图

    输入信号样本经电光转换变为光信号,2×2脉 冲信号功分后一路信号经光电转换后直接输出;另 一路光信号进入光纤复制环路,进行延时、幅度均 衡、放大、滤波、调制后回到2×2光功分器的输入 端,信号再次功分,一路经光电转换后输出,另一路 再次进入复制环路中重复循环放大及延时的过程。 在复制环路中,信号放大及信号调制均在光域中实 现;在整个复制环路中,对环路工作状态进行实时调 整和控制,以保证环路正常工作。

    为了满足高质量脉冲信号的复制要求,同时具 备时间、相位等参数的调制功能,所设计光纤射频存 储器的具体实现方案如图2所示。其中,组合光纤延 迟线[6]可实现复制脉冲时间延迟的细微调谐,达到 复制信号时间和相位调制的目的,收到良好的干扰 效果。

image.png

    图2 光学射频存储器实现方案

    1.1 理论分析 

    根据光学射频存储器的原理,在循环放大的储 频环路中,信噪比(SNR)的恶化与复制次数相关。 这类连续循环放大的过程可以等效为多个放大、延 时单元的级联,由于信号在环路中循环,每一次经受 的放大器增益、噪声系数以及环路损耗均相同。 

    为了实现信号是循环复制而不产生饱和,环路 应该处于增益不大于损耗的状态,可以设定以下参 数:光放大器增益G=20dB,光放大器噪声系数F= 3dB,复制环路的净增益为0,其他光处理过程统一 视为插损。这样,可将以上参数代入噪声系数级联 公式,可得:

image.png

    噪声系数与复制次数的关系如图3所示。当脉 冲复制40次时,SNR恶化20.78dB;当复制100次 时,SNR恶化24.75dB。复制次数继续增加,SNR 恶化渐渐趋于饱和。

image.png

    图3 信噪比恶化与复制次数的关系

    从以上分析中可以看出,信号复制的初始阶段 SNR恶化比较严重,要求输入的样本信号具有较高 的SNR,因此光学射频存储器更适合应用于接收雷 达主瓣照射的自卫干扰或弹载突防等场合。

    2 实验验证 

    根据光纤射频存储器的理论分析及实现方案, 严格控制光纤复制环路的增益以及合理优化复制环 路的链路噪声,搭建桌面实现验证系统分别验证光 学射频存储器的脉冲复制能力、复制信号相参性以 及信号调制能力。

    2.1 脉冲复制实验验证 

    实验中输入信号频率为2GHz,脉冲重频为 1kHz,功率为-10dBm,复制延时为13μs。射频信号经过光纤存储复制后,复制时间为500μs。模 拟的雷达脉冲原始信号在光学射频存储器中的部分 信号直接输出,延迟时间小于1μs。光学射频存储 器的复制实验效果如图4。通过图中上栏时域图与 下栏频域图的对比可以看出,信号被复制接近40次 时信噪比较原信号下降20dB左右,与理论分析结 果基本一致,信号依然具有20dB以上的信噪比。

image.png

    2.2 复制信号相参性实验验证 

    为了进一步对比验证光学射频存储技术产生的 复制信号与原始雷达信号的相似度,按照PD雷达 的处理方法[7]对复制脉冲之间的相参性进行了验 证,将复制脉冲按照PRI间隔提取数据后做FFT 运算,得到如图5所示结果,从图中可以看出,频谱 上呈现出显著的峰值,证明了复制脉冲之间的相参 性特征。

image.png

    选取30组脉冲串做时频幅三维分析如图6所 示,可见30组脉冲均呈现出几乎相同的频谱特性, 说明所有复制脉冲均具有与原始回波信号一样的相 参性,可以预测这样的信号用于干扰时可以获得接 近理想的干扰效果。

image.png

    2.3 干扰信号调制实验验证 

    在光学射频存储器中加入组合光纤延迟线,采 用真实时间延迟的方法对脉冲输出时间及相位进行 调制,由于调制的是信号传播的真实路径,即载体平 台等效产生的附加位移,因此,只要合理设置调制参 数,即可实现拖距与拖速的联合欺骗干扰[8]。 

    实验中采用的光纤延迟线的长度分别为1、2、 4、8、16、32、64和128m。通过开关切换可以实现不 同延时。按照PRI间隔时间,步进1m切换延迟量 介于0~39m(0~195ns),得到图7所示的步进延 迟曲线。

image.png

    线性步进延迟效果相当于在原始运动特征的基 础上附加了一个恒定速度,对此,按照类似PD的处 理方法,对于延迟后的每个脉冲,按照PRI间隔分 割成一组脉冲串,然后分别求其相位。时间延迟分 辨率为5ns左右,信号的相位早已超过了数个模糊 周期,由于延迟是步进的,相邻两个脉冲的相位差应 该一致,因此可求取延迟后信号脉冲相对于原始信 号脉冲的相位差减量,如图8所示。由图可见,这个 二次相位差基本上呈线性,符合预期。其中,相位起伏是由于延迟线的加工精度不够所致,相邻两个脉 冲的相位差约为270~300°/s,这样可以推算出多普 勒频移约为30~33kHz。由此可见,通过精密地控 制延迟可以达到多普勒频率调制效果。

image.png

    图8 延迟后的脉冲序列与信号序列的二次相位差

    3 结论 

    光学射频存储技术在瞬时带宽、响应速度以及 信号相参性等方面具有独特优势,通过大量复制并 转发,造成密集假目标干扰,且通过与组合光纤延迟 线配合工作,可以实现拖距、拖速以及拖距移频联合 相关干扰。本文通过理论分析结合大量实验验证, 证明了光学射频存储技术的可行性,初步验证了其 性能,并对光学射频存储技术的调制方法进行了开 创性且卓有成效的研究。

徐嘉鑫,周 涛,陈吉欣 (西南电子设备研究所,成都610036)

参考文献: 

[1] 吴晓芳,田中成,梁景修,等.AESA雷达信号表征及数据库 设计探讨[J].电子信息对抗技术,2014,29(4):31-38. Wu Xiaofang, Tian Zhongcheng, Liang Jingxiu, et al. Investigation of AESA radar signal description and database design[J].Electronic Warfare Technol.,2014,29(4):31-38. 

[2] 马骏声.NMD-GBR雷达的测量能力及其性能参数[J].航天 电子对抗,2002(5):1-8. Ma Junsheng.Measurement capability and performanceparameters of NMD-GBR radar [J].Aerospace Electronic Warfare,2002(5):1-8. 

[3] 马骏声.GBR地基成像雷达的对抗技术初探[J].航天电子对 抗,1998(1):3-6. Ma Junsheng.Study on countermeasure technology of GBR ground-based imaging radar[J].Aerospace Electronic Warfare, 1998(1):3-6. 

[4] 李小浩.数字射频存储技术及其在电子对抗中的应用[J].电 光系统,2003,105(3):16-19. Li Xiaohao.Digital RF storage technology and its application in electronic countermeasures[J].Electronic and Electro-Optical Systems,2003,105(3):16-19. 

[5] Koffman I,Herczfeld P R,Daryoush A S,et al.A fiber optic recirculating memory loop operating at microwave frequencies [C]//IEEE Military Commun.Conf.,1988:31-34. 

[6] 张春熹,张晓青,胡姝玲.光纤延迟线应用研究动态[J].中 国激光,2009,36(9):2234-2244. Zhang Chunxi,Zhang Xiaoqing,Hu Shuling.Development of application research on fiber delay lines[J].Chinese J.of Lasers,2009,36(9):2234-2244. 

[7] 薛晓峰,张永顺,童宁宁.PD雷达信号时频特性分析[J].现 代防御技术,2007,35(1):106-115. Xue Xiaofeng, Zhang Yongshun, Tong Ningning. Time frequency analysis of PD radar signal[J].Modern Defence Technol.,2007,35(1):106-115. 

[8] 孙智勇,唐 宏,余定旺,等.基于DRFM的机载PD雷达干 扰研究[J].现代防御技术,2012,40(4):138-142. Sun Zhiyong,Tang Hong,Yu Dingwang,et al.Interference on airborne PD radar using DRFM-based technology[J].Modern Defence Technol.,2012,40(4):138-142

在线咨询

点击这里给我发消息 售前咨询专员

点击这里给我发消息 售后服务专员

在线咨询

服务热线

工作时间: 08:00~18:00

服务电话: +86 130-9449-9002

服务电话: +86 180-8187-6464

服务热线

微信扫一扫

微信联系
返回顶部