Waveform agility for robust radar detection and jamming mitigation

In this report metrics for jamming resistance and radar performance of waveform sets are described and developed, and different sets of waveforms are optimized, evaluated and compared. It is shown that without additional processing or PRI jitter, waveform sets can reach jamming resistance a few dB worse than what is provided by PRI jitter alone, and together with PRI jitter a few dB better. Waveforms with better jamming resistance tend to have worse range sidelobes and Doppler tolerance, but show less structure in their spectrograms, suggesting better LPI properties. The Doppler tolerance metric is new, as well as the comparative analysis of waveform sets on multiple metrics including jamming resistance.

Radar är fundamentalt i modern krigsföring. Med en radar kan man avfyra vapen från säkra avstånd och med precision mäta in mål. En radarstörare har som mål att förhindra en radar från att mäta in sitt mål. Då radarn fungerar genom att sända ut specifikt modulerade radiovågspulser och lyssna efter ekot från omgivningen kan störaren förhindra detta genom att antingen sända mycket starkt brus, eller genom att sända radiovågspulser med samma specifika modulation. Den senare metoden kallas för DRFM-störning, där förkortningen står för Digitalt RadioFrekvens-Minne, vilket antyder att störaren kan minnas radarns modulation och själv använda den. Om radarn använder en ny modulation (eng: waveform) för varje puls kan störaren inte använda modulationen den minns från förra pulsen utan måste vänta på att nästa puls träffar den innan den kan repetera pulsen, vilket begränsar dess störförmåga. Denna rapport tänker sig att radarn har en begränsad uppsättning av modulationer att byta mellan, och undersöker olika sådana uppsättningar och bedömer och jämför dem på olika mått av radarprestanda och störtålighet. Radioprestandamåtten inkluderar hur mycket förstärkning och hur fin upplösning man får av modulationen, hur väl modulationen kan hantera mycket snabba mål, och hur stora "sidolober" som uppstår runt starka mål. Sidolobsfenomenet är jämförbart med det optiska fenomenet där små men ljusstarka saker på natten kan se ut att ha en ljus halo eller ljusa utstrålningar runt sig. Störtålighetsmåtten kvantifierar hur distinkta de olika modulationerna i radarns uppsättning är, och på så vis hur väl radarn kan urskilja en modulation från de andra, tillsammans med hur liten sannolikheten är att störaren lyckas välja just den modulation vi kommer använda till nästa puls. Resultaten visar att metoden av modulationsbyten kan ge nästan lika stor störtålighet som en välkänd metod, PRI-jitter, ger själv och något högre i kombination med den metoden. Bättre störtålighet visas gå hand i hand med sämre mått på radarprestanda, men mindre strukturerade spektrogram vilket antyder att de kan vara svårare att upptäckas av radarspanare. Försämringen i måtten på radarprestanda innebär inte nödvändigtvis en lika stor försämring i faktisk radarprestanda, då sidoloberna tar an en brusartad karaktär vilket leder till praktiska fördelar gentemot de vanliga fixa sidoloberna.