雷达、通信和电子战系统中的频率捷变
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。金宝app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，有时是不利的。例如，一个中继干扰器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。频率捷变是一种有效的技术，可以对抗干扰源产生的信号，并有助于支持这些系统的有效运行。金宝app
在这个例子中，我们首先建立了一个场景，一个静止的单站雷达和一个移动的飞机目标。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
假设在原点有一个x波段单站雷达。
Fc = 10e9;定义x波段雷达的工作频率Fs = 2e6;定义系统的采样率C = 3e8;Lambda = c/fc;Radar_pos = [0;0;0];Radar_vel = [0;0;0];
雷达接收机，也可以作为电子战接收机，是一个64元(8 × 8)均匀矩形阵列(URA)具有半波长间距。
雷达阵列规格锥度=泰勒温(8);taperURA =锥度。*锥度';天线=相控。(精“元素”,分阶段。CosineAntennaElement,.．.“大小”[8],“ElementSpacing”(λ/ 2λ/ 2),.．.“锥”, taperURA);
阵列的波束分布如下图所示。
模式(天线、fc、“类型”，“powerdb”）
雷达发射线性调频脉冲。设置发射机和接收机规格。
Wav =阶段性。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 =阶段性。发射机(“获得”, 20岁,“PeakPower”, 500);txArray =相控阵。WidebandRadiator (“SampleRate”fs,.．.“传感器”、天线、“CarrierFrequency”、fc);rxArray =相控。WidebandCollector (“SampleRate”fs,.．.“传感器”、天线、“CarrierFrequency”、fc);rxPreamp =相控的。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不同载频的波形。
目标=阶段性。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 =阶段性。WidebandFreeSpace (“TwoWayPropagation”假的,.．.“SampleRate”fs,“OperatingFrequency”足球俱乐部,“PropagationSpeed”c);
本例使用两个单向传播信道，因为干扰信号只通过返回信道传播。
模拟接收到的回波。
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Yr =目标(yp);%反映Ye = envin(yr,target_pos,radar_pos,target_vel,radar_vel);%传播yt = rxArray(ye,tgtAng);%收集yt = rxPreamp(yt);%接收
使用2-D波束扫描估计到达方向，并使用估计的方位角和仰角来指导波束形成器。
估计器=阶段性。BeamscanEstimator2D (“SensorArray”、天线、.．.“DOAOutputPort”,真的,.．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,.．.“NumSignals”,1，.．.“AzimuthScanAngles”40:40,.．.“ElevationScanAngles”, 60:60);[~，doa] =估计器(yt);波束形成器=相控。SubbandPhaseShiftBeamformer (“SensorArray”、天线、.．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,“DirectionSource”，输入端口的，.．.“SampleRate”fs,“WeightsOutputPort”,真正的);[ybf，~] =波束形成器(yt,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 =阶段性。MatchedFilter (“系数”, mfcoeff1);
下图显示目标在接收到的信号中产生一个优势峰。
Y1 = mf1(ybf);nSamples = wave . samplerate / wave . prf;t = ((0:nSamples-1)-(numel(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 (“脉冲压缩信号幅度”）
目标与干扰机信号分析
雷达在前一节中工作得很好。然而，在复杂环境中，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，波束形成可以有效地抑制干扰。详情请参阅阵列模式综合第一部分:空化、开窗和细化的例子。
本例关注的是目标和干扰距离很近的情况，因此不能使用空间处理将两者分开。考虑这样一种情况，目标飞机可以确定雷达发射信号的特征，并使用该信息产生一个脉冲，使雷达接收器混淆。这是一种常用的干扰或欺骗技术，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(yp,fs，[]，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);
扫描带宽:112041.098255
干扰机需要时间来做这个分析和准备干扰信号，因此很难马上创造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，干扰机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幅减少。
假设干扰机要将信号放置在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。这确实是使干扰非常有效的原因，因为它不需要太多的功率来使雷达失明。
Jwav =阶段性。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 = cell (5500/(c/fs));xj = circshift(xj,Npad);%垫零引入相应的延迟Txjam =阶段性。发射机(“获得”0,“PeakPower”5);Xj = txjam(Xj);Ye = envin(yr+xj,target_pos,radar_pos,target_vel,radar_vel);yt = rxArray(ye,tgtAng);yt = rxPreamp(yt);Ybfj =波束形成器(yt,doa);Y1j = mf1(ybfj);%干扰器+目标返回情节(r / 1000、abs (y1j))网格在包含(的距离(公里)) ylabel (“级”)标题(“脉冲压缩返回目标和干扰器”）
接收到的信号现在包含期望的目标返回信号和干扰信号。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，而在真正的目标上花费较少的资源。
频率敏捷性对抗干扰
减轻雷达接收机干扰影响的一种可能的方法是采用预定义的跳频计划。在这种情况下，从雷达传输的波形可以不时地改变载波频率。由于跳变序列只有雷达知道，干扰机不能马上跟上变化。相反，在产生新的干扰信号之前，它需要花费更多的时间来获得正确的载波频率。它还需要干扰器上更先进的硬件，以便能够在更宽的带宽上处理信号传输。因此，频率跳变可以创建一个时间间隔，雷达在其中工作而不受欺骗信号的影响。此外，在干扰机有效产生欺骗信号之前，雷达可以再次跳跃。
在下面的情况下，假设传输的信号从原来的10 GHz载波频率跳了500 kHz。因此，新的波形信号可以表示为:
Deltaf = fs/4;Xh = wav(deltaf);跳率信号
该图显示了原始信号和跳变信号的频谱图。注意，跳变信号是频域上相对于原始信号的位移。
pspectrum (x + xh fs,的谱图）
使用前面部分中概述的类似方法，雷达回波可以使用新的波形进行模拟。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);Yeh = envin(yrh+xj,target_pos,radar_pos,target_vel,radar_vel);yth = rxArray(yeh,tgtAng);rxPreamp(yth);Ybfh =波束形成器(yth,doa);
由于雷达知道跳频计划，信号处理算法可以使用该信息仅提取当前载波频率附近的频带。这有助于抑制其他波段的干扰，也提高了信噪比，因为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。
现在对接收到的信号应用相应的带通滤波器和匹配滤波器。
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);
然后用载波调制得到的带通滤波器，以获得该载波频率附近的带通滤波器。
Bf2 = buttercoef.*exp(1i*2*pi*deltaf*(0:numel(buttercoef)-1)/fs);
同样，调制匹配的滤波器系数。
mfcoeff2 = getMatchedFilter(wav，“FrequencyOffset”, deltaf);Mf2 =阶段性。MatchedFilter (“系数”, mfcoeff2);%提取波段并应用匹配的过滤器Yb2 = mf2(filter(bf2(:)，1,ybfh));%表示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”）
从图中可以看出，在采用跳频的情况下，可以将目标回波和干扰信号分离。由于干扰器仍在原频带内，在波形当前所占的新频带内只出现真正的目标回波，从而抑制了干扰器的影响。
总结
该实例表明，在复杂的射频环境下，采用频率捷变技术可以有效地对抗干扰效应。实例仿真了一个跳频波形系统，验证了该技术能够帮助雷达系统在不受干扰信号干扰的情况下识别出真实目标回波。
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