本文是一篇电气自动化论文，本文围绕提升雷达的抗截获性能并兼顾探测性能，重点研究了IFM接收机和超外差接收机两种常见的电子侦察接收机的失效原理、抗截获信号设计技术以及回波处理算法进行了研究，并对所设计信号的抗IFM接收机测频性能及抗检测性能进行了实验验证。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
二战期间，雷达因迫切的军事需求而得到广泛应用和迅速发展[1]。经过长期的发展，雷达技术在科技领域取得了巨大进步，不仅广泛应用于地面、空中、海上和太空目标的探测，还深入到了地下目标的探测。雷达在众多领域都发挥着不可或缺的作用[2]。特别是在国防领域，雷达肩负着许多关键任务，如敌方来袭目标的预警探测、威胁目标的跟踪识别、己方拦截战机的引导以及拦截打击武器的跟踪制导等，被誉为现代国防的“千里眼”。
雷达的工作方式主要是通过发射天线向空间发射能量较高的电磁波，然后通过处理回波信号获取目标及环境信息[3]。然而，这种工作方式极易使敌方电子侦察系统发现我方雷达，从而使我方雷达受到敌方电子侦察系统的“软杀伤”和“硬打击”。在现代高强度电子战环境下，雷达所面临的威胁性较大，提升其战场生存率成为至关重要的任务[4]。在伊拉克战争、2020年阿塞拜疆与亚美尼亚战争以及2022年俄乌冲突等战争中，一旦雷达系统暴露在敌方电子侦察系统的监测之下，很难避免遭受攻击。雷达受到“软杀伤”和“硬打击”的前提是电子侦察系统对雷达电磁信号的侦察和截获。因此，为了从根本上解决雷达在战场上被动挨打的问题，亟需提升雷达的抗侦察能力。
图1-1是典型的侦察系统的组成，其工作流程[5]为：在电子侦察系统探测到信号后，测频/测向接收机负责测量信号的瞬时频率/瞬时相位，同时信号参数测量部分负责对信号的载频等参数进行测量，而处理器主要负责信号的分选和识别等任务。由图1-1可得电子侦察设备对信号进行分选和识别的基础是先要截获信号得到信号的脉冲描述字，因此，抗截获是对抗电子侦察设备的关键[6,7]。雷达信号的抗截获可以分为抗检测和抗参数测量两个方面，抗检测信号指的是发射信号的能量低于侦察接收机的检测门限，使得侦察接收机无法检测到雷达信号；参数测量主要指的是电子侦察接收机对雷达发射信号脉冲描述字的测量，信号的脉冲描述字包括：载频、到达时间、脉冲宽度、信号幅度、到达角等，而在脉冲描述字中，载频频率的测量是基础[8]。
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1.2 国内外研究现状1.2.1 抗IFM接收机LPI信号研究现状
目前，有关抗IFM测频信号的研究主要可分为以下几类[26]：（1）采用连续波干扰技术[27,28]：在发射雷达信号的同时采用连续波信号对IFM进行干扰，采用这种方式进行干扰的优点是连续波信号与雷达信号始终是同时到达信号，可以持续对IFM进行干扰，干扰效果较好，然而在对目标进行探测时，连续波信号需要一直发射，消耗总功率非常大，会造成了功率的浪费。（2）采用重叠信号干扰技术[29]：在第一个脉冲临界编码期间第二个脉冲到达，破坏前一信号作用时视频输出电压的稳定状态，使IFM产生错误的频率值，这种干扰方法会使IFM的测频错误概率高达80%，但是其局限性在于在工程实践中还需满足一些时域和频域上的特殊要求，如果参数设置不正确，真实雷达信号频率的还是会被测出来。（3）诱导脉冲组合信号[30]：在发射雷达信号之前先发射一个脉冲诱导IFM完成测频任务，进而达到掩护真实雷达发射信号的目的，其可以有效对抗IFM的截获，使IFM难以测出信号的载频，但是由于诱导脉冲消耗了额外的功率，所以会牺牲掉雷达的探测能力。（4）组合信号[31]：通过组合信号的方式影响IFM接收机的测频结果，提高信号的载频隐蔽性，其基本原理是在主副信号前端加入脉冲。但是组合信号中的副信号不具备探测功能，仅增强了载频隐蔽性，导致了功率的浪费。
综上所述，上述信号虽然可以干扰IFM接收机的测频结果，但是均存在一定的局限性，并且均未考虑信号处理部分，本文所要解决的关键问题为，首先所设计的信号生成和处理要尽量简单化，减小我方雷达信号在发射和处理时的工作难度和工作量；其次是综合考虑信号的收发过程，将信号设计与信号处理紧密联系起来，实现信号发射至处理的全流程衔接。
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第二章 抗电子侦察接收机测频信号设计原理分析
2.1 电子侦察接收机
2.1.1 瞬时测频接收机的测频原理
IFM包括限幅放大器、鉴相器、极性量化器、编码器、信号门限检测/定时控制器以及同时到达信号检测器[40-42]等，其组成框图如图2-1所示。
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工作原理如下：接收到的信号首先通过限幅放大器，使信号的幅度保持在一定范围内，之后功分器将信号分为三路，一路送到延迟鉴相器，实现频率-相位的变换，一路完成门限检测/定时控制，一路完成同时到达信号的检测，最后延迟鉴相器的输出结果被送往极性量化器，将正交电压所包含的相位信息转换为数字代码，输出代码经过编码器进行一系列转换，最终转换为二进制频率码完成测频[43]。其中，鉴相器是IFM接收机最重要的一个器件。
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2.2 抗电子侦察接收机测频信号设计原理
2.2.1 影响IFM接收机测频结果的因素
通过第2.1小节分析可以得出，无论是单级延迟线鉴相器还是多级延迟线鉴相器，其测频结果均取决于鉴相器的相位输出。
2.2.1.1 单级延迟线鉴相器
首先以两路同时到达信号为例对单级延迟线鉴相器的输出结果进行分析。
2.2.2 超外差接收机失效原理
从上述的测频原理推导可知，超外差接收机测频过程较为简单，具有较高的频率分辨率、高灵敏度、宽动态范围等特点，不足之处则是由于超外差接收机的瞬时测频范围为中放的带宽太小导致其截获概率较低。超外差接收机在整个侦察带宽内进行步进搜索，通过频域将时域上重叠的信号分选出来，并分别进行频率测量，对于超外差接收机本振Lf（其中L LOf f f）按照时间t线性变化进行步进式搜索，通过超外差测频原理可知，对于宽带信号测量时，由于超外差接收机的中频带宽较窄，导致其对于宽带信号的测量只是真实信号的一部分，而输出的这部分信号的视频脉冲取决于超外差接收机此时的搜索状态，所以容易得知，超外差接收机的输出是宽带信号的某一部分。
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第三章 WOFDM-MCFC 信号设计与处理 ............................ 22
3.1 正交频分复用基本原理................................ 22
3.2 WOFDM-MCFC 信号设计及性能分析 ................... 23
第四章 多路频率捷变LFMCW信号设计与处理................................ 42
4.1 混沌基本理论 ...................... 42
4.2 多路频率捷变LFMCW信号设计及性能分析 ............................ 43
第五章 WOFDM-MCFC 信号低截获性实验验证 .............................. 59
5.1 实验系统简介 ................................. 59
5.2 同时到达信号对IFM接收机的影响 ........................... 60
第五章 WOFDM-MCFC信号低截获性实验验证
5.1 实验系统简介
实验系统由信号侦察系统和信号生成系统两部分组成。其中，信号侦察系统主要用于对雷达目标辐射源信号的各个参数进行测量及分选，包括载频、脉冲宽度、幅度、到达时间等参数，该系统由接收天线、IFM接收机、显控主机、电源分机、三角支架和若干电缆组成，其整体结构示意图如图5-1所示。信号生成系统将信号数模转换、信号处理及信号生成集成为一个系统，利用矢量信号源的远程控制技术，能够通过矢量信号源发射利用MATLAB代码编写的波形文件，其主要是由矢量信号源、信号数模转换板卡、控制及信号处理板卡和显示终端构成，其结构组成图如图5-2所示。
电气自动化论文参考
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总结与展望
6.1 总结
本文围绕提升雷达的抗截获性能并兼顾探测性能，重点研究了IFM接收机和超外差接收机两种常见的电子侦察接收机的失效原理、抗截获信号设计技术以及回波处理算法进行了研究，并对所设计信号的抗IFM接收机测频性能及抗检测性能进行了实验验证。本文主要研究工作和成果总结如下：
（1）本文对IFM接收机以及超外差接收机的测频原理进行了详细的分析以及公式推导，重点分析了影响IFM接收机测频结果以及超外差接收机测频结果的因素，得出抗IFM接收机与抗超外差接收机测频信号设计原理，并通过对雷达方程的分析及公式推导，得出了抗检测信号的设计原理，仿真验证了所提信号设计原理的有效性，为接下来的信号设计提供了理论基础。
（2）针对IFM接收机对同时到达信号分离能力较差的缺点，设计了一种WOFDM-MCFC信号，所设计的信号采用等功率分配，子载波传输的方式，构成多路同时到达信号对IFM接收机的测频结果产生影响，并且所设计的信号带宽较大，抗检测性能较好，仿真验证了所设计信号的抗IFM接收机测频性能以及对比分析了所设计信号与传统LFMCW信号的功率谱密度，得出所设计信号的抗检测性能明显优于传统的LFMCW信号。
（3）针对所设计的WOFDM-MCFC信号在处理时具有采样率高、合成困难的缺点，提出了一种低采样率信号合成处理的方法，所提信号处理方法利用梳状谱信号进行下变频降低信号处理的复杂度，然后采用Keystone变换对距离走动以及多普勒频移进行了联合校正，之后利用互相关补偿相位，最终求得目标的距离和速度，计算得出所提信号处理算法的采样率远远低于信号的带宽，仿真验证了所提信号处理方法的有效性，且具有高的测距测速精度，测距误差为1.67%，测速误差为0.04%。
参考文献（略）