遮盖性干扰(本科)ppt课件.ppt

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1、图15 雷达干扰的分类,雷达对抗原理,第六章 遮盖性干扰,第六章 遮盖性干扰,6.1 概述,干扰目的就是破坏或阻碍雷达发现目标、测量目标参数。在接收信号 人为引入噪声和干扰信号等措施减弱目标回波，阻碍雷达对目标信息的正常检测，达到干扰目的。,图6-1 雷达获取目标信息的过程,6.1.1 遮盖性干扰的作用和分类,遮盖式干扰就是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号，阻止雷达检测目标信息。随机性的度量 随机变量的方差越大，熵值也越大。最佳遮盖性干扰信号 在平均功率限制的条件下，噪声为正态分布时，其熵值最大，为最佳遮盖性干扰信号。,6.1.1遮盖性干扰的作用和分类,1.瞄准式干扰 2.阻塞式干

2、扰3.扫频式干扰,6.1.2 遮盖性干扰的效果度量,压制系数Ka,PJ为雷达接收机线性系统输出端干扰信号功率 Ps为目标回波信号功率有效干扰区域：干扰机能够有效干扰的区域 为空间评价因子，以表现对于不同空间位置有效干扰的重要性。,6.2 射频噪声干扰,窄带高斯过程,称为射频噪声干扰。其中包络函数 服从瑞利分布，相位函数 服从 均匀分布。载频 为常数，且远大于 的谱宽。,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,雷达接收机由混频器、中放、检波器和视频放大器组成。,图6-2 雷达接收机示意图,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,输入干扰信号 的功率谱,线性系统的频率响应,6.2.1 射频

3、噪声干扰对雷达接收机的作用,中放输出的干扰信号仍为窄带高斯噪声，功率谱干扰信号的相关函数是Gi(f)傅立叶反变换,中放输出的干扰信号的包络Ui服从瑞利分布,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,检波器的工作状态取决于输入信号的大小输入为大信号时，检波特性近似为线性,输入为小信号时，检波特性为平方率特性,， 分别为检波器输出和输入信号的包络， ，分别为与检波器特性有关的常数。,当窄带高斯噪声作用于线性检波器时,输出的噪声概率分布可由(615)式的雅可比变换求得高斯噪声经过线性检波器,其输出分布为瑞利分布由检波器输出干扰信号包络分布分析干扰信号,6

4、.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,由检波器输出信号包络分布分析干扰信号性质 输出的干扰信号包括直流分量和起伏功率直流分量（均值）,总功率,起伏功率（方差）有效干扰功率,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,检波器输出噪声的相关函数,式中， 为检波器输入噪声平均功率； 为输入噪声的相关系数。,从检波器输出信号功率谱来分析干扰信号性质,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,取其前三项作近似计算,由于检波器负载的低通作用，后两项高频谐波分量将被滤除。,相应的功率谱为：,图6-3 检波器输出的功率谱密度,干扰和信号同时存在 目标回波信号为

5、:s(t)=UScos0t,当s(t)与J(t)同时输入到线性系统I, 由线性系统叠加定理, 输出为两信号单独作用的响应之和。混频后： 噪声输出 信号输出,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,其合成电压为,(628),Ui(t)为合成信号的包络,其概率分布为莱斯分布,即,(629),I0(x)为一类零阶Bessel函数,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,图64 信号加噪声的包络概率分布,当Us=0时,幅度分布退化为瑞利分布当Us/i增大时,该分布逐渐由瑞利分布过渡到高斯分布当Us/i1时,近似为以Us为均值 ,2i为方差的高斯分布。

6、,采用类似于噪声作用于检波器的分析方法,可以求出信号和噪声同时作用时,检波器输出信号Uv(t)的概率分布线性检波器莱斯分布,6.2.1 射频噪声干扰对雷达接收机的作用,雷达信号检测的基本方法:设置一个门限电平UT,将接收机输出的视频信号U与UT比较,当UUT,判定为有目标;当UUT,判定为无目标。 (1) 没有目标,但UUT, 虚警, 概率为Pfa; (2) 没有目标,且UUT, 正确不发现,概率为1-Pfa; (3) 有目标,且UUT, 发现,概率为Pd; (4)有目标,但UUT, 漏报,其概率为1Pd。,6.2.2 射频噪声干扰对信号检测的影响,图65 信号检测(a)接收机输出波形； (b

7、)聂曼皮尔逊准则,根据聂曼-皮尔逊准则,对于给定的虚警概率Pfa,可唯一地确定检测门限UT,6.2.2 射频噪声干扰对信号检测的影响,不同Pfa下Pd与信噪比的关系如下图所示,图6-6 信号检测特性（a）平方律检波结果; （b）半波线性检波结果,干扰信号波形的影响 当进入雷达接收机线性系统的实际干扰噪声为非高斯时,其遮盖性能将下降。接收机信号处理方法的影响 雷达接收机抗干扰方法应用： 相干积累信号处理,使检测信噪比改善近n倍; 脉冲压缩,使目标回波功率和信噪比等效提高Dc倍(压缩比)。 则相应的压制系数应提高I(n)倍和Dc倍。检测方法的影响 人工检测雷达的压制系数要大于自动检测雷达的压制系数

8、。,6.2.2 射频噪声干扰对信号检测的影响,6.3 噪声调幅干扰,广义平稳随机过程（噪声调幅干扰）:,其中,调制噪声Un(t)为零均值,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,且为与Un(t)独立的随机变量,U0、j为常数。,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,因为Un(t)与相互独立, 其联合概率分布密度函数p(Un,)与各自概率分布密度p(Un) ,p()之间存在下列关系: p (Un,)=p(Un)p()J(t)的均值 EJ(t)=EU0+Un(t)cos(wjt+) =EU0+Un(t)Ecos(jt+)由于：所以：,6.3.1 噪声调幅干扰的统

9、计特性,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,J(t)的相关函数为：Bj()=EJ(t)J(t+) =EU0+Un(t)U0+Un(t+)Ecos(jt+)cosj(t+)+,因为 EUn(t)=EUn(t+)=0 所以上式中第一项为 EU20+Un(t)Un(t+)=U20+Bn() 第二项为 所以：,（638）,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,式中,Bn(t)为调制噪声Un(t)的相关函数。此式就是著名的噪声调幅定理。 噪声调幅信号的总功率为,(639),它等于载波功率（U20/2）与调制噪声功率（2n）一半的和。(639)式也可改写成,(640),P0=U20/2,为载波功率; mAe

10、=n/U0,为有效调制系数。,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,噪声调幅信号的功率谱可由(638)式经傅立叶变换求得:,(644),Gn(f)为调制噪声的功率谱。第一项代表载波的功率谱,后两项代表调制噪声功率谱的对称搬移,上、下边带功率之和为旁频功率Psl,其功率等于调制噪声功率的一半,即,(645),提高干扰的有效功率主要是提高噪声调幅信号的旁频功率。提高旁频功率的方法有两个:一是提高载波功率P0;二是加大有效调制系数mAe。 第一种方法就是提高干扰机的发射功率,但不能提高其中产生旁频功率的效率。发射功率的增加受到发射器件功率条件的限制。 第二种方法主要是对Un(t)适当限幅,提高旁频功率

11、在发射功率中的比例。,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,6.3.1 噪声调幅干扰的统计特性,限幅将使噪声的质量变坏(熵H(y)H(x) 。 由于限幅使噪声出现平顶的现象，称为“天花板”效应。“天花板”效应的影响与限幅电平的选择和限幅特性有关。衡量限幅程度的量为限幅系数kL,n是限幅前噪声的有效值,UL为限幅电平。 kL值越大,限幅越严重,“天花板”效应越明显。,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,设雷达接收机系统响应为,调制噪声的功率谱为,干扰谱宽fj = 2Fn,在一般情况下,fj fr。,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,干扰

12、信号载频 fj 相对于雷达接收机中心频率 f0 的关系：,1. fj=f0 噪声调幅干扰的载波频率fj等于接收机中心频率f0时,中放输出的功率谱Gi(f)为,其中,(654),6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,中放输出仍然包括载波和一对对称的旁频,载波功率保持不变,而旁频功率,(656),接收机线性系统I输出的干扰信号仍然是一个调幅信号 ui(t)=U0+Un(t)cos(it+) (657),6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,Un(t)与原来的调制噪声Un(t)的主要差异: Un(t)是Un(t)通过带宽为fr/2低通滤波器输出的结果； Un(t)的功率为Un(t)的功率

13、2n的fr/fj倍； 由于Un(t)是Un(t)通过窄带滤波器的输出,当Un(t)为高斯噪声时,Un(t)仍为高斯噪声,其分布密度为,(658),6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,线性系统I输出的中频干扰信号包络Ui=U0+Un(t)也为高斯分布:,(659),由于限幅的影响， Un(t)已不是高斯噪声，但Un(t)是谱宽Fn=fj/2的限幅噪声通过带宽为fr/2的窄带滤波器所产生的。由于fjfr，使线性系统输出包络趋于高斯化，限幅引起的“天花板”效应的影响将减小。fr比fj小得越多，限幅对遮盖效果的影响越小。,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,2.,讨论 fj - f0=

14、fr/2的情况, fj - f0=-fr/2同理可得，此时中放输出的噪声功率谱中包括载波和下旁频带:,式中,旁频功率,(660),6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,虽然此时的载波功率和旁频功率与fj=f0时相同,但是功率谱和输出信号的包络却不同。 包络的概率分布（莱斯分布）,(667),通常噪声调幅时,U202i,(668),（高斯分布）,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,中放输出中只包含上（或下）边带的部分频率分量，其实这就是窄带噪声，故输出功率仅为噪声功率,3.,中放输出噪声信号包络的概率分布为瑞利分布,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,噪声调幅干扰在线性系统

15、I的输出有别于最佳干扰波形。除了|fj-f0|fr/2情况外，它的瞬时值概率分布不同于高斯分布，因此在总功率限制条件下，其干扰效果将有所下降。,6.3.2 噪声调幅干扰对雷达接收机的作用,1、检波器输出的干扰功率谱 接收机线性系统II的频率响应Hv(f)为 1 0 f fr/2 |Hv(f)|= 0 其它 f 检波器和线性系统II输出的干扰谱与频率瞄准误差f=|fj-f0|有着十分密切的关系（因为输入的干扰信号分布不同）。,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,（1）f=|fj-f0|=0 线性系统I输出为调幅波，检波器输出正比于其包络 Uv(t)

16、=KdU0+Un(t) Kd为检波器传输系数；Un(t)为调制噪声，其功率等于2Psl。 检波器输出的相关函数为 Bv()=K2dU20+K2dBn() (671),Bn()为Un()的相关函数。由上式可得直流功率为K2dU20和视频噪声功率为2K2dPsl，由相关函数得功率谱,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,调制波的功率谱,是调幅波的功率谱沿频率轴搬移到原点,以纵坐标为轴左右折叠相加。视频噪声功率谱在0fr/2内均匀分布,并全部通过线性系统II。,图6-8 检波器输出视频功率谱,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,（2）f=|fj-f0|=fr/2 检波后输出包络中的直流功率

17、为K2dU20，起伏噪声功率为K2dPsl。 检波后的功率谱的矩形部分是载波与噪声各频率分量相互作用产生的，三角形部分是噪声各个分量间相互作用的结果。 经过线性系统II,0,fr/2 带外的干扰功率将被滤除， 有效的起伏噪声功率仅为 K2dPsl/2。,图6-8 检波器输出视频功率谱,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,(3) f=|fj-f0| fr/2 作用于检波器输入端的是窄带噪声。 检波器的输出直流功率为: K2dPsl，视频噪声功率为0.43K2dPsl，其功率谱呈三角形分布，经过线性系统II的输出功率仅为其中的3/4。即,图6-8 检波器输出视频功率谱,6.3.3 噪声调幅干

18、扰对信号检测的影响,图6-8 检波器输出视频功率谱,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,2、 载波的影响 当载波频率接近雷达信号频率时，由于两者的差拍，会引起回波信号的严重失真和上、下跳动。 干扰 回波信号 合成信号 合成信号包络 对干扰有利,载波对信号的另一个影响是强载波压制弱信号,其原理与强噪声压制弱信号的原理相同。载波的压制效果可用检波器输出对输入的信号-干扰功率比表示。 它等于输入信号-干扰功率比的平方除以4 当U2jU2s时,信号-干扰功率比的损失是相当大,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,3、限幅的影响 限幅将降低遮盖性能,而

19、干扰带宽fj大于接收机带宽fr,对限幅的影响将有所改善。 FC定义为同样干扰效果条件下,中放输出的限幅噪声调幅旁频功率与射频噪声功率之比,即,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,限幅系数越小，遮盖性能越好。限幅系数影响有效调制系数mAeL。 kL越大，mAeL越大，“天花板”效应明显，遮盖性能降低。 但是mAeL增大，旁频功率增加。 kL应根据遮盖性能和有效调制系数折中选择。,图69 FC与kL、=fj/fr的关系,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,结论: (1) 与最佳干扰信号比较，噪声调幅干扰的中放输出特性一般不服从高斯分布。从遮盖性能来说,不如射频噪声。尤其是限幅产生的“天

20、花板”效应，使遮盖性能降低。 (2) 适当选择干扰参数，可使噪声调幅干扰与最佳干扰的差别减小。 (3) 噪声调幅干扰中载波的影响，改善了干扰效果。,6.3.3 噪声调幅干扰对信号检测的影响,表61 噪声调幅干扰机的干扰参数的典型值,6.4 噪声调频干扰,广义平稳随机过程（噪声调频干扰）,调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程，为0,2均匀分布，且与u(t)相互独立的随机变量，Uj为噪声调频信号的幅度，j为噪声调频信号的中心频率，KFM为调频斜率。,（678）,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,噪声调频干扰中的调制噪声u(t)和噪声调频干扰信号的波形J(t)如图所示,图6-10 噪声调频

21、干扰信号示意图(a)调制噪声波形(b)已调波波形(c)调制噪声功率谱(d)已调波功率谱,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,噪声调频干扰信号J(t)为广义平稳的随机过程,其均值,协方差（相关函数）,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,其中,将噪声调频干扰信号带入后，得,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,当u(t)为高斯过程时，e(t)也是高斯过程，且e(t+)-e(t)也为高斯过程，Bj()可表示为,式中，2()为调频函数2KFMe(t+)-e(t)的方差，其为：,式中Be()为e(t)的自相关函数，它可由调制噪声u(t)的功率谱Gn(f)变换求得。,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,调制

22、噪声u(t)的功率谱Gn(f),噪声调频信号功率谱,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,简化后，噪声调频信号功率谱,n= 2Fn 为调制噪声的谱宽,mfe= KFMn/Fn = fde/Fn 为有效调频指数。,上式中的积分只有当 mfe1 和 mfe1时才能近似求解。,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,1.mfe1,积分号内的指数随增大而快速衰减，对功率谱的贡献主要是较小时的积分区间。,可得,（688）,正态分布的概率密度函数,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,由上式得到mfe1时噪声调频信号功率谱特性的结论: (1) 噪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)有线

23、性关系。当调制噪声的概率密度为高斯分布时，噪声调频信号的功率谱密度也为高斯分布。利用这种线性关系, 直接对pn(u)进行雅可比变换得到Gj( f ):,(689),6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,图6-11 准线性法求功率谱密度,(a)调谐特性(b)调制噪声(c)调制噪声的概率密度(d)频率变化曲线(e)功率谱密度,6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,(2) 噪声调频信号的功率等于载波功率,这表明，调制噪声功率不对已调波的功率产生影响。这是与调幅波不一样的。（信号幅度功率）,(3) 噪声调频信号的干扰带宽(半功率带宽)为,它与调制噪声带宽Fn无关，决定于调制噪声的功率n2和调谐率KFM。

24、（宽带噪声干扰）,(691),6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,2. mfe1 调制噪声的带宽Fn相对很大。(1-cos)/2写成(siny/y)2的形式。这里y=/2,而,(692),6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,功率干扰带宽,图612 调频信号的功率谱,(693),6.4.1 噪声调频干扰的统计特性,3. mfe介于1、2之间,当mfe介于1、2情况之间，功率谱密度如图612所示。功率谱宽度fj可根据图613求得。,图613 干扰带宽fj与调制指数mfe的关系,6.4.2 噪声调频干扰对雷达接收机的作用,噪声调频干扰通过雷达接收机中放的输出波形,图614 噪声调频波的中放输出 (a

25、)窄带干扰（调幅调频波）,雷达接收机中频滤波器边缘特性需要考虑,（调幅调频波）,6.4.2 噪声调频干扰对雷达接收机的作用,图614 噪声调频波的中放输出 (b)宽带干扰,雷达接收机中频滤波器边缘特性不考虑,等幅随机脉冲,随着Fn的提高，随机脉冲开始重叠，趋近窄带高斯过程。,6.4.2 噪声调频干扰对雷达接收机的作用,当干扰带宽大于接收机带宽时，如调制噪声的谱宽Fn很窄，干扰信号的瞬时频率在中放通带的逗留时间t大于等于接收机的响应时间ty，则中放输出近似为固定幅度、随机宽度的脉冲序列，类似于限幅噪声调幅干扰时的“天花板”效应，遮盖性能较差。 随着Fn的提高，随机脉冲开始重叠，Fn越高，重叠得越

26、严重，趋近窄带高斯过程。造成随机脉冲重叠的条件是中放带宽远小于调制噪声带宽。,6.4.3 噪声调频干扰对信号检测的影响,“调频干扰匿影器”是雷达接收机的典型抗干扰方式,图619 调频干扰匿影器,当调制带宽Fn的选择使得脉冲互相重叠时，中放输出的是接近高斯分布的噪声，它有着与射频噪声干扰相同的遮盖效果。 为了最大限度地降低随机脉冲重叠产生的影响，雷达接收机采用一种“Dickefix”电路抗干扰。也称为“宽-限-窄电路”。,6.4.3 噪声调频干扰对信号检测的影响,6.4.3 噪声调频干扰对信号检测的影响,图620 “宽-限-窄”电路原理图,6.5 噪声调相干扰,广义平稳随机过程: J(t)=Uj

27、cosjt+KPM u(t)+ （6115） 其中,调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程 为0,2均匀分布、且与u(t)相互，Uj，j，KPM为常数。,6.5.1 噪声调相干扰的统计特性,D=KPM n 称为有效相移，噪声调相信号的功率谱为,6.5.1 噪声调相干扰的统计特性,1. D 1，噪声调相信号的功率谱简化为,(6122),功率和带宽,(6123),只有载波功率与噪声功率无关,干扰信号带宽由调制噪声带宽和有效相移一起决定,6.5.1 噪声调相干扰的统计特性,2. D1时，噪声调相信号的功率谱简化为,(6124),总功率和干扰信号带宽为,(6125),干扰信号带宽由调制噪声带宽决

28、定,6.5.1 噪声调相干扰的统计特性,调相波的总功率等于载波功率。 当有效相移D很小时，功率谱在中心频率处为冲击函数，在其周围2Fn带宽内呈均匀分布，且能量集中在中心频率处； 当有效相移增加时，中心频率处的能量转化成旁频能量，但是带宽保持不变； 当有效相移D远大于1时，能量主要分布在旁频中，频谱宽度展宽，功率谱密度降低。,6.5.1 噪声调相干扰的统计特性,图621 调相信号功率谱图,6.5.2 影响噪声调相干扰信号的因素,当D1时，调相信号的能量主要集中在载波频率上，旁频能量很低，不适宜作为遮盖干扰信号；当有效相移足够大时，旁频功率较大，近似为噪声调频干扰的情况，适于作为遮盖干扰信号。,当

29、D1时，调制噪声为高斯噪声时，其功率谱形状近似为高斯型。与噪声调频信号通过中放时的情形类似，影响其干扰效果的因数主要有瞄频误差 ,频谱宽度和调制噪声带宽等。,仿真实例,遮盖式干扰往往需要很大的功率以达到干扰目的, 在实际应用中要受到发射机本身的限制；灵巧式干扰既能利用信号本身带来的处理增益，又能达到很好的压制式效果而得到广泛的应用和研究。遮盖式干扰和灵巧式干扰分别进行MATLAB仿真，以便直观的给出两种干扰方式的干扰效果仿真信号源： 线性调频信号 13位baker码信号,线性调频信号仿真结果,干信比为0dB的射频白噪声信号和载频偏差5%信号的干扰效果图,线性调频信号仿真结果,干信比为10dB的射频白噪声信号和载频偏差5%信号的干扰效果图,线性调频信号仿真结果,干信比为15dB的射频白噪声信号和载频偏差5%信号的干扰效果图,13位Baker码信号仿真结果,干信比为0dB的射频白噪声信号和载频偏差1%信号的干扰效果图,13位Baker码信号仿真结果,干信比为10dB的射频白噪声信号和载频偏差1%信号的干扰效果图,13位Baker码信号仿真结果,干信比为15dB的射频白噪声信号和载频偏差1%信号的干扰效果图,