SAR壓制干擾二維擴展方法的研究

朱守保 羅 強 童創明

(1.第二炮兵工程學院 西安 710025;2.空軍工程大學 三原 713800)

1 引言

合成孔徑雷達(SAR)是一種高分辨率成像雷達，具有全天時、全天候和透視性等特點，已廣泛用于軍事偵查、地圖測繪以及導彈末端圖像匹配制導等方面。合成孔徑雷達占據著越來越重要的地位，尤其在軍事上，這點從現代的幾次戰爭中不難看出。如何干擾合成孔徑雷達，保護己方目標成為現代電子戰(EW)中的重要課題［1，2］。

壓制式干擾是對特定區域進行覆蓋，使敵方不能夠對特定區域成像。本文分析了正弦調頻轉發干擾的方法，發現其能夠有效的覆蓋重點區域達到較好的干擾效果。方位向間歇采樣有產生沿方位向分布的虛假目標同時也降低了雷達接收機采樣頻率，有利于收發共用天線干擾機的工程實現。將兩種方法結合，可以有效的沿方位向擴大干擾區域。但是在距離向沒有得到擴展，因此在結合兩者的基礎上對干擾信號加入了距離向移頻干擾，使干擾區域在距離向也得到擴展，得到了較好的干擾效果。

2 正弦調頻干擾模型

2.1 距離向正弦調頻干擾

式中Ji(mfr)為第一類i階貝塞爾函數。結合式(1)、(2)和(3)可得出:

sr(t)為無干擾信號壓縮后的輸出。由式(5)可知干擾信號含有無窮多個頻譜分量，各頻率分量信號的幅度正比對應于對應階數的貝塞爾函數值，且邊頻分量之間的間隔為frsin。

2.2 方位向正弦調頻干擾

干擾機接收到的信號為s0(t，η)，η為慢時間。在每次轉發的基礎上按照正弦信號在慢時間的變化規律［5，6］，對信號乘以一個相應變化的相位，s0(t，η)經干擾機對其進行正弦調頻后信號變為:

其中，mfa為方位向調制系數;fasin方位向調制頻率。可得:

其中TSAR為合成孔徑時間;fdc為多普勒中心頻率;Ka為多普勒調頻率。經方位向匹配濾波器ha=，濾波后得到

其中sra(t，η)為未經過干擾的信號經過方位向匹配濾波后的輸出。由式(8)可以看出在多普勒域信號頻譜也被多次搬移。

2.3 二維干擾模型

因為距離向與方位向之間的調頻干擾不會相互影響，兩者是獨立的。所以二維正弦調頻干擾信號為:

結合式(4)與式(7)可以得到

結合式(5)與式(8)，可以推出sj(t，η)在經過二維壓縮后得到

3 方位向間歇采樣轉發干擾分析

SAR方位向間歇采樣轉發的原理是截獲到SAR發射的脈沖信號后，進行高保真采樣和存儲，然后在下一個或數個脈沖重復周期后轉發除去;然后再接收、采樣、存儲、轉發。如此交替反復直到合成孔徑時間結束。設方位向的采樣信號為［6、7］:

干擾信號經過距離向壓縮網絡匹配濾波器與方位向匹配濾波器后，信號為［6］:

其中fs為間歇采樣頻率;an=Twfssinc(nTwfs)為幅度加權系數，D=Twfs為占空比;可以看出干擾信號經SAR匹配濾波輸出的方位向形成多個高度逼真，幅度有一定差異的假目標。

4 擴展干擾區域范圍方法

已知線性調頻波的模糊函數為［8］:

距離向匹配濾波完成脈沖壓縮后的距離變化量為:

由式(17)就可以推算出要沿距離向在距干擾機ΔR處產生虛假目標，只要將干擾機接收到的信號乘以一個頻移相位

假設產生N個假目標，且第i個假目標距離干擾機距離為ΔRi那么式(18)可以改進為:

為了在方位向擴大壓制式干擾信號的覆蓋范圍，可以將方位向間歇采樣與二維正弦調頻干擾相結合，根據式(9)與式(13)，可得雷達干擾機在接收到信號s0(t，η)后處理的干擾信號變為:

上式可以有效地將壓制干擾在方位向進行擴展但距離向沒有，干擾范圍還是有限的。針對這個問題可將距離向移頻干擾與其結合，得

5 實驗仿真分析

5.1 基于單點目標的仿真分析

仿真參數:載頻3GHz、距離向頻寬50MHz、發射脈寬5μs、載機速度100m/s、天線尺寸4m、載機高度4km。

實驗仿真了6幅圖，說明了正弦調頻干擾、方位向間歇采樣和兩種方法結合的干擾效果和特性。圖1表示沒有干擾情況下的點目標。圖2為mfr=8、Trsin=1.1Tp、mfa=4、Tasin=4TLsar時二維正弦調頻干擾，且覆蓋范圍為方位向(-40m，40m)。圖3為方位向間歇采樣干擾仿真，其中Tw=0.01TLsar、占空比為0.25。圖4仿真了式(20)的干擾效果，參數與前2幅圖一致。可以看出圖4的壓制式干擾覆蓋范圍距離向與圖2一致，但是方位向覆蓋范圍為(-120m，120m)，覆蓋范圍明顯擴大。圖5為距離向移頻干擾，本文仿真了四個頻譜分量的情況，根據式(18)ΔRi=［-120-60 60 120］m。圖6為根據式(21)將距離向移頻、方位向間歇采樣與二維正弦調頻干擾的組合式干擾方法的干擾效果圖。從圖可以看出相比于圖4壓制干擾覆蓋的區域擴大了4倍。實驗結果證實了方法的有效性。

5.2 基于圖像目標的仿真分析

圖7、8、9分別仿真對比了在無干擾、正常二維正弦調頻干擾、改進干擾方法成像的效果。選取圖像場景為320×414m，分辨率為2×2m。可以看出改進干擾方法能有效地擴展干擾區域，并且能夠對其有效地進行覆蓋。

6 結束語

本文分析了正弦調頻干擾、方位向間歇采樣干擾和移頻干擾能夠產生虛假目標的原理。一維調頻會產生沿一條直線分布的假目標;因為距離向與方位向不相關，所以將兩向干擾級聯合并成為二維干擾時能產生分布面積較大干擾效果。方位向間歇采樣轉發干擾在保證產生虛假目標的同時，也解決了高速采樣和同時收發天線隔離度高的難題，以易于工程實現、干擾機理巧妙、欺騙效果好的諸多優點。方位向間歇采樣與正弦調頻干擾相結合有效地使干擾壓制區域在方位向進行擴展，然后將距離向頻移相位加入干擾信號中使干擾覆蓋區域在距離向也進行擴展。當然本文只是定性的分析了兩種方法的結合可以擴大干擾范圍，但是針對各種參數的變化會對干擾效果產生不同的影響，需要定量分析。這將是下一步研究的重點方向。

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［3］魏青.合成孔徑雷達成像方法與對合成孔徑雷達干擾研究［D］.西安電子科技大學，2006，11:117-125.

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［6］吳曉芳，柏仲干，代大海，王雪松.對SAR的方位向間歇采樣轉發干擾［J］.信號處理，2010，1:1-6.

［7］王雪松，肖順平，馮德軍，趙鋒.現代雷達電子戰系統建模與仿真［M］.電子工業出版社，2010，3:139-160.

［8］丁鷺飛，耿富錄，陳建春.雷達原理［M］.北京:電子工業出版社，2009，3:477-485.