雷达噪声干扰建模及其仿真分析

摘要：噪声干扰是一种通用的干扰措施，是最重要的干扰样式之一。介绍了调幅、调频、调相干扰样式，基于m序列的伪随机码代替白噪声产生方法，作BoxMuller变换，将随机数变为服从高斯分布的随机数，通过滤波器与功率控制器得到不同带宽的噪声干扰。通过建模仿真，验证了该方法产生的干扰样式具有良好的干扰效果。

关键词：噪声干扰；m序列；boxmuller变换；功率控制

DOIDOI：10.11907/rjdk.151558

中图分类号：TP301

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2015）008002603

作者简介作者简介：郝万兵（1991-），男，陕西绥德人，西安电子工程研究所硕士研究生，研究方向为电子对抗技术；张军（1989-），男，陕西富平人，西安电子工程研究所硕士研究生，研究方向为雷达信号处理；郗蕴天（1991-），男，陕西西安人，西安电子工程研究所硕士研究生，研究方向为雷达总体技术。

0 引言

现代战争电磁环境日益复杂，雷达作为最重要的战场传感器之一，已经成为武器系统最重要的一部分。现代军事技术的一个重要特点，就是各种武器装备越来越广泛地采用和依赖于无线电电子技术[1]。各种武器系统威力的发挥，战场指挥控制都越来越多依赖于雷达的效能。雷达对抗技术是通过对雷达的侦察和干扰，获取敌方武器、战场情况等情报，通过打击使敌方的武器系统失效，失去指挥控制权，为取得作战胜利创造有利条件。干扰机通过对侦察到的雷达信号调制转发，使得雷达无法获取目标方位、速度、距离、航迹，失去对目标的探测能力[2]。

噪声干扰作为一种通用性的干扰措施应用广泛，一方面在于雷达接收机内部噪声是影响雷达探测能力的主要因素，只要外部干扰噪声能进入雷达接收机并具有和内部噪声相类似的特性，就会大大降低雷达的探测性能；另一方面，噪声干扰相对于其它干扰形式对于对方雷达信息需求较少[3]。传统的噪声干扰方式通过对噪声的幅度、频率、相位进行调制。本文介绍了一种基于伪随机序列的噪声干扰产生方式。m序列有良好的伪随机特性和自相关性，可以代替模拟信号作为数字噪声序列对雷达施加干扰，经过BoxMuller变换后，可满足噪声序列的各项性能。

1 噪声干扰产生系统结构

雷达接收机内部的噪声服从正态分布，因此选择的干扰噪声也要服从正态分布。噪声干扰样式具备瞄准式噪声干扰和阻塞式噪声干扰[4]。传统的噪声干扰通过调幅、调频、调相方式产生模拟的噪声信号，在数字体制下，传统的噪声信号产生方法已经失去了优势，用伪随机序列来代替噪声信号已成为一种趋势。常见的伪随机序列有m 序列、GOLD 序列、M 序列、Walsh 序列等，m 序列是目前研究最为彻底的伪随机序列，它容易产生，有优良的自相关和互相关特性[4]。通过m序列发生器产生均匀的随机序

列来白化处理产生高斯白噪声，使用BoxMuller变换法将m序列输出的随机数变成服从高斯分布的随机数，分别作为噪声数据的同相与正交分量。在得到高斯随机数之后将数据送入FIR滤波器和功率控制器，实现方法如图1所示。

图1 高斯噪声产生

2 噪声干扰产生原理

2.1 m序列发生器

2.1.1 m序列定义

m序列是伪随机序列的一种，在很多领域中都有重要应用，是由n级移位寄存器产生的周期最长的序列。这种序列必须由移位寄存器产生，并且周期为2n（n为移位寄存器的级数）。n级移位寄存器共有2n种状态，除去全0状态外还有2n-1种状态，所以它能产生的最大长度码序列位数为2n-1。产生m序列的线性反馈移位寄存器称作最长线性移位寄存器。需要说明的是产生m序列的周期p不能取任意值，必须满足条件p=2n-1[4]。

2.1.2 m序列产生原理

移位寄存器的延时状态可以用当前状态及特征矩阵来表示，该特征矩阵是n×n阶矩阵，称为A矩阵，A矩阵的第r行数值对应移位寄存器第r级反馈输入状态[5]。对于一个n级移位寄存器序列产生器，其A矩阵的第一个元素a1n必定为1，否则，该m序列发生器就会退化为级数小于n的移位寄存器序列发生器[5]。对于一个n级线性移位寄存器序列发生器，其A矩阵有如下形式：

移位寄存器的初始状态给定后，可由A矩阵得到后续状态，即：

2.1.3 m序列产生

m序列发生器产生的随机数性能好坏直接影响到高斯白噪声的优劣，m序列发生器产生的数据可以近似认为符合（0，1）均匀分布，即均匀分布的白噪声。m序列产生框图如图2所示，其结构是一个线性反馈移位寄存器[5]。

2.2 Box-Muller变换法

使用Box-Muller变换法将m序列输出的随机数变成服从高斯分布的随机数，该变换定义为：

其中，r1、r2为m序列输出相互独立的随机数，得到的x1、x2是服从（0，1）高斯分布相互正交的随机数，分别作为噪声数据的同相和正交分量。因为对噪声带宽和功率有相应要求，因而在得到高斯随机数之后将数据送入FIR滤波器和功率控制器。

3 仿真分析

在仿真中，雷达信号采用非线性调频脉冲压缩体制，B=5MHz，T=20μs，点目标回波信号处理，cpi=1。做数字下变频、脉冲压缩、MTD、CFAR处理，经过噪声干扰后，再做信号处理，cpi=121，对雷达信号处理前后的结果如图3和图4所示。由仿真试验可以看出，噪声干扰对雷达具有良好的干扰效果。

图3 雷达点目标回波信号处理

4 结语

噪声干扰作为一种通用的干扰样式，适用于多种体制雷达，由于其良好的灵活性与对雷达系统信息需求少的特性，成为最重要的干扰样式之一。现代对抗技术手段都是基于数字体制实现的，本文介绍的基于m序列发生器与Box-Muller变换法产生的高斯白噪声既有良好的噪声特性，可以对雷达实施有效干扰，又有良好的数字特性，结

合数字射频存储技术实现。但是，噪声干扰也有局限性，

现代抗干扰技术通过一定的抗干扰手段可以对噪声干扰进行一定程度的抑制，所以出现了新的发展趋势——灵巧噪声。其作为新的干扰样式，既具有良好的噪声特性，可以在频域对雷达信号进行压制，又可以在时域上产生假目标群，起到了遮盖被保护目标的作用，这也是本文后续研究的方向。

图4 噪声干扰样式下雷达信号处理结果

参考文献：

[1] 赵国庆.雷达对抗原理[D].西安：西安电子科技大学，1999.

[2] 陈伯孝.现代累代系统分析与设计[D].西安：西安电子科技大学，2012.

[3] DAVID ADAMY.电子战原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4] BASSEM R MAHAFZA.雷达系统分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2008.

[5] 牛凯.代数型非线性扩频序列统计分析[J].电子学报，2010，28（7）：112115.

[6] 罗新民.现代通信原理 [M].第2版.西安：西安交通大学出版社，2010.

（责任编辑：杜能钢）