基于散射點模型的ISAR干擾技術研究

張宏偉，俞靜一，何 芳

(1.中國洛陽電子裝備試驗中心， 河南洛陽471003)

(2.信息綜合控制國家重點實驗室， 成都610036)

0 引言

對逆合成孔徑雷達［1］(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)的干擾技術是雷達對抗技術發展的一個新興領域，從干擾效果上對ISAR的干擾可以分為壓制干擾和欺騙干擾兩種。通常，為達到對ISAR的壓制性干擾效果［2-3］，需要較大功率的噪聲干擾信號來壓制ISAR的寬帶系統或窄帶系統。這在彈載應用模式下，通常是難以實現的。

文獻［4-5］提出了移頻干擾在成像雷達干擾中的應用，指出了采用移頻的方式可形成點狀干擾、線狀干擾和壓制干擾，由于ISAR距離分辨率較高，需要精確估計相鄰重復周期目標相對于雷達的距離變化，通常難以實現。文獻［6-7］研究了基于數字圖像合成的欺騙干擾產生方法，該方法需要對雷達信號進行幅度調制和相位調制，算法較復雜，且難以遮蓋真實目標。本文提出一種基于散射點模型的方法，通過模擬產生多個散射點的假目標干擾信號，這些假目標干擾信號各散射點的距離變化規律與真實目標的變化規律不同，即不同回波間假目標的包絡延時與真實目標的包絡延時不同。在進行運動補償時，由于干擾信號功率大于目標回波功率，從而使假目標進行了包絡對齊，而真實目標無法實現包絡對齊，使ISAR無法對目標進行成像，最終實現對ISAR成像的壓制干擾效果和欺騙干擾效果，并通過仿真驗證了該種干擾信號對ISAR干擾的有效性。

1 ISAR成像原理

目標在相對于ISAR運動時，其運動分量可分為平動分量和轉動分量兩個部分，平動對ISAR成像是沒有貢獻的，必須進行平動補償［8］，平動補償是ISAR成像的關鍵，分為包絡對齊和初相校正兩個步驟。

設目標有n個散射點組成，其相對于ISAR的初始距離為R0，目標運動速度為vm，則目標上各散射點的基頻回波可以表示為

ISAR雷達工作時，通常都由窄帶系統為寬帶系統提供開窗采樣位置，此時，式(1)可以變化為

式中:ΔRim=Ri-Rm為第i個散射點第m次回波與開窗位置Rm的距離差。

對式(3)進行脈沖壓縮可以得到目標的高分辨距離像(High Resoultion Rage Profile，HRRP)，由于目標的運動(vm不為恒定值)不平穩和RΔm具有一定的誤差，導致目標相鄰回波的HRRP會產生包絡的隨機徙動(如圖1所示)和相位隨機變化。因此，在ISAR成像時，必須進行包絡對齊和相位校正，其成像流程如圖2所示。

圖1 一種雷達對運-5飛機的一維距離像

圖2 ISAR成像流程

2 多散射點壓制干擾原理

2.1 干擾信號模型

向ISAR轉發多個與ISAR信號相同的干擾信號，且相鄰重復周期的干擾信號的延時時間按一定規律變化，其基頻信號可以表示為

式中:l為干擾信號散射點個數;ΔRjm=Rjm-Rm，Rjm為第j個散射點第m次回波相對于雷達的距離。

此時，ISAR的回波信號為目標回波與干擾信號之和，即

對式(4)進行距離壓縮獲得的HRRP包括兩部分，即目標的HRRP和干擾信號的HRRP，由于ISAR成像是開窗處理的，因此，干擾信號要想起到干擾效果，就必須保證干擾信號的HRRP位于ISAR成像區域內，即要滿足ΔRjm＜ΔR，其中ΔR為ISAR成像的窗長，這需要通過跨周期轉發的方式或其他方式來實現［9］。

當干擾信號的HRRP幅度強于目標回波的HRRP幅度，且干擾信號的HRRP變化規律與目標回波的變化規律不同時，包絡對齊獲得的距離延時值將與目標相鄰兩次回波的延時值有較大的差別，從而破壞了ISAR的包絡對齊，實現對ISAR成像的干擾。

如圖1所示，目標回波信號的HRRP近似為一條有一定寬度的直線，產生一干擾信號，使干擾信號的HRRP為一條有一定寬度的斜線，即可破壞ISAR成像中的包絡對齊。設目標相對于ISAR的距離為Rm，則需要產生干擾信號

式中:ΔRj為干擾信號間距;ΔR為與干擾信號HRRP傾斜程度有關的一個距離延盡增量。

2.2 干信比與干擾效果的關系

以包絡對齊的互相關法為例，分析干擾信號散射點個數與干信比的關系，設目標相鄰兩次回波的實包絡分別為p1)和p2)，包絡延時為τ0，干擾信號的相鄰兩次回波的實包絡分別為pj1()和pj2()，包絡延時為τj，則ISAR相鄰兩次回波信號的實包絡的互相關函數可以表示為

分析式(8)可以得出如下結論:

(1)目標回波信號功率越強，則延時估計值越接近于τ0;

(2)干擾回波信號功率越強，則延時估計值越接近于τj;

(3)干擾信號散射點數越多，且干擾信號散射點數小于目標散射點數，干擾信號與回波信號的互相關對延時估計的影響就越大。

以上三種情況，將對應三種不同的干擾效果，即:

(1)當目標回波信號功率較強時，目標回波進行了正確的包絡對齊，干擾效果較差;

(2)當干擾回波信號功率較強時，干擾信號進行了正確的包絡對齊，可實現ISAR成像，目標回波無法進行正確的包絡對齊，無法實現ISAR成像，從而同時達到壓制和欺騙兩干擾效果;

(3)當干擾信號散射點較多，得到的延時估計值既不是τ0也不是τj，目標回波和干擾回波都無法進行正確的包絡對齊和ISAR成像，從而達到了壓制干擾效果。

3 仿真分析

3.1 仿真結果

仿真中采用的ISAR參數如下:B=500 MHz，pw=200 μs，prt=10 ms，f0=10 GHz，方位采樣點數為 512，目標參數如下:起始位置為［50 km，50 km，6 km］，目標飛行速度［300 m/s，100 m/s，0］，無干擾時的仿真結果如圖3所示。

圖3 目標模型和無干擾時的仿真結果

干擾參數:散射點個數為1，ΔR=0.09 m，干信比為5 dB、0 dB，其仿真結果分別圖4、圖5所示。

圖4 1個散射點，干信比為5 dB時仿真結果

圖5 1個散射點，干信比為0 dB時的仿真結果

干擾參數:散射點個數為3，散射點間隔3 m，ΔR=0.09 m，干信比為5 dB、0 dB、-5 dB，其仿真結果分別如圖6～圖8所示。

圖6 3個散射點，干信比為5 dB時的仿真結果

圖7 3個散射點，干信比為0 dB時的仿真結果

圖8 3個散射點，干信比為-5 dB時的仿真結果

干擾參數:散射點個數為15，散射點間隔2 m，ΔR=0.09 m，干信比為-5 dB，其仿真結果如圖9所示。

3.2 性能分析

從圖3～圖8可以看出，在干擾信號有相同散射點的情況下，隨著干信比的減小，干擾效果由欺騙+壓制干擾效果、壓制干擾效果、無干擾效果轉變。

從圖8、圖9可以看出，在相同干信比的情況下，隨著干擾散射點數的增加，干擾效果將由無干擾效果向壓制性干擾效果轉變。

圖9 15個散射點，干信比為-5 dB時的仿真結果

從圖3～圖9可以看出，采用多散射點模型可以起到多種壓制干擾效果，合理設計干擾信號波形可以達到對ISAR的壓制干擾效果或壓制+欺騙干擾效果。

另外，由于干擾信號與雷達信號具有較好的相參性，干擾信號可獲得較大的脈沖壓縮增益，從而可以用較小的干擾功率實現對ISAR的壓制性干擾。

4 結束語

本文深入研究了基于散射點模型的干擾信號對ISAR的干擾原理，分析了不同散射點個數、不同干信比條件下，干擾信號對ISAR成像的干擾效果，并通過仿真驗證了該種方法的有效性。基于散射點模型的干擾信號可獲得較大的脈沖壓縮增益，因而可以以較小的干擾功率獲得較好的干擾效果，另外，該方法不需要進行復雜的幅度和相位調制，具有實現簡單的特點。

［1］ 保 錚，刑孟道，王 彤.雷達成像技術［M］.北京:電子工業出版社，2005.Bao Zheng，Xing Mengdao，Wang Tong.Radar imaging technology［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2005.

［2］ 崔 瑞，薛 磊.ISAR壓制性式干擾仿真及效果評估［J］. 計算機仿真，2008，25(3):9-11.Cui Rui，Xue Lei.Simulation of barrage jamming on ISAR and effect evaluation［J］.Computer Simulation，2008，25(3):9-11.

［3］ 冷傳航，付毓生，皮亦鳴，等.逆合成孔徑雷達(ISAR)干擾仿真研究［J］.電子對抗技術，2005，20(5):35-38，48.Leng Chuanhang，Fu Yusheng，Pi Yiming，et al.Research on emulation of interference on inverse synthetic aperture radar(ISAR)［J］.Electronic Warfare Technology，2005，20(5):35-38，48.

［4］ 黃洪旭，黃知濤，周一宇.對合成孔徑雷達的隨機移頻干擾［J］.信號處理，2007，23(1):41-45.Huang Hongxu，Huang Zhitao，Zhou Yiyu.Randomly-shiftfrequency jamming style to SAR［J］.Signal Processing，2007，23(1):41-45.

［5］ 祝本玉，史軍軍，薛 磊.基于移頻技術的逆合成孔徑雷達干擾方法［J］.中國電子科學研究院學報，2010，5(2):169-172.Zhu Benyu，Shi Junjun，Xue Lei.The ISAR jamming based on shift-frequency technology［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2010，5(2):169-172.

［6］ Fouts D J，Pace P E，Karow C，et al.A single-chip false target radar image generator for countering wideband imaging radars［J］.IEEE Journal of Solid-Stage Circuits，2002，37(6):751-759.

［7］ 李 源，陳惠連.基于圖像合成的 ISAR欺騙干擾研究［J］.現代雷達，2007，29(3):56-58，62.Li Yuan，Chen Huilian.Study on deception jamming against ISAR using image synthesis technology［J］.Modern Radar，2007，29(3):56-58，62.

［8］ 高昭昭.高分辨ISAR成像新技術研究［D］.西安:西安電子科技大學，2009.Gao Zhaozhao.New technologies of high resolution ISAR imaging［D］.Xi＇an:Xidian University，2009.

［9］ 王雪松，肖順平，馮德軍，等.現代雷達電子戰系統建模與仿真［M］.北京:電子工業出版社，2010.Wang Xuesong，Xiao Shunping，Feng Dejun，et al.Modeling and simulation of modern radar and electronic warfare systems［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2010.