XXXII雷達(dá)輻射源指紋特征產(chǎn)生原理分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u16074雷達(dá)輻射源指紋特征產(chǎn)生原理分析概述 183071.1雷達(dá)發(fā)射機(jī)的組成 1210301.2相位噪聲的仿真 31.1雷達(dá)發(fā)射機(jī)的組成雷達(dá)輻射源發(fā)射機(jī)在制造和運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的一些特征，是我們不期望的特征，即無(wú)意調(diào)制特征，且無(wú)意調(diào)制特征是每個(gè)輻射源獨(dú)特的標(biāo)志，一個(gè)廠家生產(chǎn)的同一個(gè)品牌型號(hào)，無(wú)意調(diào)制特征也是不同的，即指紋特征[15]。通過(guò)對(duì)偵查到的信號(hào)分析探查其輻射源發(fā)射機(jī)，進(jìn)而可以鎖定敵方雷達(dá)的位置，追蹤其行動(dòng)路線，破壞敵方雷達(dá)的軍事活動(dòng)，為復(fù)雜環(huán)境的電子戰(zhàn)的勝利奠定了基礎(chǔ)。發(fā)射機(jī)模塊是雷達(dá)系統(tǒng)中重要的組成部分，雷達(dá)發(fā)射機(jī)在雷達(dá)系統(tǒng)中的作用是生產(chǎn)無(wú)線電信號(hào)，無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)的饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)等器件，再通過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)中的天線來(lái)進(jìn)行傳輸，最后完成雷達(dá)系統(tǒng)的整個(gè)發(fā)射過(guò)程。發(fā)射機(jī)發(fā)出的射頻信號(hào)功率較低，為了使接收信號(hào)的效能更好，使用功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行中轉(zhuǎn)放大，再用天線向周?chē)椛涑鋈ァ＝酉聛?lái)介紹常用的兩種輻射源發(fā)射機(jī)，如圖2.1和圖2.2所示，分別為單級(jí)震蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī)[16]。圖2.1單級(jí)震蕩式發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖單級(jí)震蕩式雷達(dá)發(fā)射機(jī)組成較為簡(jiǎn)單，如圖2.1所示。在雷達(dá)系統(tǒng)中，將相同電源作用于脈沖調(diào)制器和大功率的射頻振蕩器中，同時(shí)按照固定的時(shí)間發(fā)射脈沖信號(hào)，傳輸?shù)矫}沖調(diào)制器中，通過(guò)射頻振蕩器中包含的功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行中轉(zhuǎn)放大，放大之后的雷達(dá)信號(hào)再由雷達(dá)發(fā)射機(jī)的天線發(fā)射出去。圖2.2主振放大式發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖主振放大式雷達(dá)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)分為多個(gè)層級(jí)。對(duì)主振放大式發(fā)射機(jī)的三級(jí)器件都使用相同條件下的脈沖調(diào)制器，固定震蕩源發(fā)出脈沖到達(dá)主振放大式雷達(dá)發(fā)射機(jī)的第二級(jí)結(jié)構(gòu)射頻放大鏈，它可以對(duì)主控震蕩器傳過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大。在圖2.2中，發(fā)射機(jī)中主控振蕩器，可以使用固體微波源來(lái)代替，固體微波源使用石英晶體振蕩器在低的頻段上可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的連續(xù)波震蕩，再通過(guò)若干級(jí)倍頻放大到微波波段。固體微波源可以滿足發(fā)射信號(hào)的穩(wěn)定性。雷達(dá)發(fā)射機(jī)的射頻放大鏈部分一般包含有多個(gè)功率放大器。由于目前的雷達(dá)對(duì)抗環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)信號(hào)的性能也提出了更多的需求。下面分別對(duì)兩種發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定度，相干性和多樣性三種特性進(jìn)行簡(jiǎn)述：1、穩(wěn)定性：信號(hào)的發(fā)出站是單級(jí)震蕩式發(fā)射機(jī)，而振蕩器決定了發(fā)出的信號(hào)的載波頻率，由于一些不受控的因素例如溫度，熱漂等，信號(hào)載頻被這些因素影響著，導(dǎo)致單級(jí)發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性較差。主振式發(fā)射機(jī)通過(guò)操控固定振蕩源來(lái)管理脈沖信號(hào)，同時(shí)低電平級(jí)利用先進(jìn)方法，使發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)的穩(wěn)定性更好。主振放大式發(fā)射機(jī)使用并聯(lián)方法將好幾個(gè)主控振蕩器結(jié)合起來(lái)，提高了頻率轉(zhuǎn)變性能。2、相干性：?jiǎn)渭?jí)震蕩式發(fā)射機(jī)是非相干性的，其非相干性主要原因是射頻振蕩器發(fā)射出的信號(hào)都附帶著噪聲，同時(shí)噪聲的不同也使得信號(hào)的起始相位是隨機(jī)的且互不影響。主控振蕩器輻射出載頻信號(hào)是連續(xù)的，導(dǎo)致起始相位具有關(guān)聯(lián)性，即起始相位越穩(wěn)定輻射出的信號(hào)相干性越強(qiáng)。3、多樣性：由于單級(jí)發(fā)射機(jī)通常所需元器件較少，但主振放大式發(fā)射機(jī)的靈活性更勝一籌，在頻帶寬廣條件下，主振放大式發(fā)射機(jī)可以產(chǎn)生較為復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)。通過(guò)上面對(duì)兩種雷達(dá)輻射源發(fā)射機(jī)的主要特性的描述，雖然兩種發(fā)射機(jī)在三種性能上均存在不小的差異，但兩種發(fā)射機(jī)都必須要有振蕩器和脈沖調(diào)制器，發(fā)射機(jī)中各種元器件的非線性會(huì)產(chǎn)生無(wú)意調(diào)制，我們也可以利用這一點(diǎn)，對(duì)雷達(dá)輻射源進(jìn)行準(zhǔn)確地識(shí)別。這種非人為調(diào)制產(chǎn)生的特征會(huì)影響設(shè)備使用的準(zhǔn)確性，它是不被我們所期望的，所以被稱(chēng)為無(wú)意調(diào)制。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，我們可以使用智能電腦使低電平級(jí)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)工作狀態(tài)而智能地改變發(fā)射信號(hào)，研究人員對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的要求便可以滿足。如果對(duì)信號(hào)要求不高，那么在同等條件下，使用單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)更為劃算，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在元器件方面花費(fèi)較少。主振放大式發(fā)射機(jī)不僅造價(jià)高，體型重，對(duì)使用環(huán)境也具備一些需求。因此，在能夠滿足技術(shù)指標(biāo)要求的條件下，盡力采用單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)。但由于單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)的局限性，現(xiàn)已很少采用，就性能方面來(lái)說(shuō)，主振放大式發(fā)射機(jī)還是應(yīng)用較為廣泛。1.2相位噪聲的仿真相位噪聲是說(shuō)在一定的時(shí)間內(nèi)，在信號(hào)相位上的隨機(jī)波動(dòng)[17]。對(duì)相位噪聲進(jìn)行調(diào)制，觀察到頻譜密度在載頻處呈現(xiàn)為雙邊帶譜，但在頻譜分析儀中相位噪聲呈現(xiàn)為單邊帶圖形，也叫單邊帶相位噪聲。對(duì)相位噪聲經(jīng)過(guò)采樣得到時(shí)間有限離散信號(hào)序列，進(jìn)行頻譜分析時(shí)，通過(guò)對(duì)信號(hào)使用加窗處理后可以控制一定程度上的頻譜擴(kuò)散。同時(shí)在對(duì)數(shù)據(jù)采樣時(shí)，對(duì)所有信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)都保持一致，這樣可以減少相位噪聲估計(jì)時(shí)產(chǎn)生的誤差。振蕩器中存在的噪聲主要由放大器等一些元器件在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的。設(shè)相位噪聲單邊帶功率譜模型參數(shù)如表2.1所示。表2.1相位噪聲模型參數(shù)指標(biāo)輻射源噪聲功率譜密度輻射源1頻偏1K10K100K1M10M-55-65-75-85-95輻射源2頻偏1K10K100K1M10M-60-70-80-90-100輻射源3頻偏1K10K100K1M10M-65-75-85-95-105通過(guò)給定的模型參數(shù)，構(gòu)造單邊帶相位噪聲的流程圖如圖2.3所示。單邊帶功率譜密度估計(jì)值單邊帶功率譜密度估計(jì)值構(gòu)造雙邊帶頻譜相位噪聲單邊帶功率譜密度指標(biāo)線性擬合加入隨機(jī)噪聲ifft噪聲的時(shí)域信號(hào)構(gòu)造噪聲的指數(shù)Hilbert信號(hào)源含有相位噪聲的信號(hào)圖2.3單邊帶相位噪聲的流程圖上文解釋了發(fā)射機(jī)固有的特征是無(wú)意調(diào)制特征，通過(guò)給定的表2.1相位噪聲的模型參數(shù)指標(biāo)信息，使用MATLAB仿真軟件對(duì)相位噪聲信號(hào)進(jìn)行建模并仿真，最終即可得到相位噪聲的頻譜[18]，為了仿真更加真實(shí)的信號(hào)環(huán)境，將隨機(jī)噪聲加入到信號(hào)中。最后得到輻射源相位噪聲功率譜密度的曲線如圖2.4所示。圖2.4相位噪聲仿真圖由圖2.4