SAR-GMTI 干擾技術(shù)綜述

降佳偉，吳彥鴻，王宏艷

(裝備學(xué)院 a.研究生管理大隊; b.光電裝備系; c.信息裝備系，北京 101416)

合成孔徑雷達(dá)地面運動目標(biāo)指示(Synthetic Aperture Radar Ground Moving target indication，簡稱SAR-GMTI)技術(shù)在海灣戰(zhàn)爭中為美軍提供了大量的地面信息，展現(xiàn)了其優(yōu)秀的地面動目標(biāo)檢測能力［1］，與此同時，世界各國也相繼開展了對SAR-GMTI 的研究，取得了大量的研究成果。但日漸成熟的SAR-GMTI 技術(shù)對地面運動目標(biāo)構(gòu)成了巨大的潛在威脅，有效的SAR-GMTI 干擾技術(shù)已成為雷達(dá)干擾技術(shù)研究中的一項重要組成部分。本文從現(xiàn)有SAR-GMTI 干擾技術(shù)著手，對其進(jìn)行干擾分類，首先厘清現(xiàn)有干擾之間的關(guān)系，之后對不同類型的干擾技術(shù)進(jìn)行分析，最后對干擾技術(shù)進(jìn)行梳理和總結(jié)，并分析干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 干擾分類

雷達(dá)干擾分類有助于尋找不同干擾之間的共性，有助于為研究新型干擾技術(shù)提供一定的依據(jù)。現(xiàn)有的SAR-GMTI干擾技術(shù)可從多個角度進(jìn)行分類，如能量來源角度、相干性角度、干擾路徑角度、產(chǎn)生原理角度等，如圖1 所示，本文將著重介紹紅色字體的干擾類型。

圖1 SAR-GMTI 干擾技術(shù)分類

2 SAR-GMTI 干擾

2.1 運動調(diào)制干擾

以往針對靜止目標(biāo)的干擾措施，如靜止虛假目標(biāo)干擾，靜止虛假場景干擾等，無法有效干擾SAR-GMTI，針對這種情況，提出了運動調(diào)制干擾技術(shù)［2］。因為運動調(diào)制干擾信號包含運動信息，所以SAR-GMTI 無法將其完全對消，因此運動調(diào)制可以有效干擾SAR-GMTI。

勻速運動作為最為常見的運動形式之一，用作調(diào)制欺騙式干擾，是非常有價值的［3］。下文以勻速運動調(diào)制干擾為例，對運動調(diào)制干擾的原理進(jìn)行簡要說明。

設(shè)雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號，對雷達(dá)回波信號進(jìn)行去載頻處理后為

由于目標(biāo)是勻速運動的，因此R勻速(ts)與R靜止(ts)不同。將R勻速(ts)帶入雷達(dá)回波中，經(jīng)整理可得［4］

由式(2)可以得到勻速運動調(diào)制干擾的表達(dá)式為

此干擾信號經(jīng)SAR 接收處理后，產(chǎn)生一個具有勻速運動特性的虛假目標(biāo)，用以干擾敵方雷達(dá)和迷惑判讀人員。

根據(jù)上述方法，將運動形式擴展，還可以得到勻加速運動調(diào)制干擾［5］;基于微動特性的干擾也可以認(rèn)為是一種特殊運動形式的運動調(diào)制干擾，由此可以得到基于旋轉(zhuǎn)的微動特性調(diào)制干擾［6-7］。運動調(diào)制干擾形成的虛假運動目標(biāo)較少且具富有規(guī)律，可能被敵方有經(jīng)驗的判讀人員識別并用某些手段剔除，更為有效的辦法是產(chǎn)生大量的虛假運動目標(biāo)或者虛假運動場景［8］，形成對重要目標(biāo)的覆蓋，干擾敵方檢測真實運動目標(biāo)，從而達(dá)到干擾效果。本質(zhì)上講，虛假運動場景調(diào)制干擾可以認(rèn)為是大量的運動假目標(biāo)調(diào)制干擾的綜合效果。

圖2 中，設(shè)置了10 個勻速運動的虛假目標(biāo)。圖3 中虛假目標(biāo)為勻加速運動調(diào)制干擾。圖4 中虛假目標(biāo)為微動調(diào)制干擾。圖5 中干擾為勻速虛假場景干擾。

圖2 勻速運動調(diào)制干擾

圖3 勻加速運動調(diào)制干擾

圖4 微動調(diào)制干擾

圖5 勻速虛假場景干擾

表1 中列出了4 種運動調(diào)制干擾信號。運動調(diào)制干擾形式較為多樣，除上述運動形式外，還可以調(diào)制簡諧運動、圓周運動、曲線運動等形式，產(chǎn)生更為復(fù)雜多樣的干擾形式。

由上述分析可知，運動調(diào)制干擾可以生成多種形式的運動調(diào)制干擾，干擾形式豐富多樣，干擾效果較為逼真;由于是對接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行調(diào)制，所以運動調(diào)制干擾為相干干擾，所以運動調(diào)制干擾對于干擾功率的要求較低，因此，運動調(diào)制干擾可以有效干擾SAR-GMTI。

由分析可知，運動調(diào)制干擾只能在方位向產(chǎn)生干擾效果;除虛假場景干擾外，其他幾種干擾方式產(chǎn)生的虛假目標(biāo)個數(shù)較少，且有規(guī)律可循，可能被敵方利用先驗知識加以剔除。

表1 4 種運動調(diào)制干擾的對比

2.2 移頻干擾

由于線性調(diào)頻(linear frequency modulation，LFM)信號存在時頻耦合特性，基于此點，可以對SAR 進(jìn)行移頻干擾［9］。

移頻后，經(jīng)過距離向脈壓后，峰值位置的變化量為［10］

若保留方位向相干性，進(jìn)行距離多普勒(range-doppler，RD)算法二維脈壓處理之后，可得移頻干擾信號為

根據(jù)移頻量的不同可將移頻干擾分為固定移頻干擾、隨機移頻干擾、步進(jìn)移頻干擾、分段移頻干擾等形式，如表2所示。

移頻量的不同決定了峰值位置的不同，因而決定了不同的干擾效果，如表2 所示。由于存在移頻量，因此距離向不能完全匹配，假目標(biāo)峰值位置存在偏移，主峰展寬，降低了距離向分辨率。隨著fd(ts)的增大，假目標(biāo)失配情況越嚴(yán)重，峰值偏移量也越大，主峰展寬越寬。

如圖6 所示為保留方位向相干性的固定移頻干擾;圖7為不保留方位向相干性的固定移頻干擾;圖8 為隨機移頻干擾;圖9 為步進(jìn)移頻干擾;圖10 為分段移頻干擾。

圖6 保留方位向相干性的固定移頻干擾

圖7 不保留方位向相干性的固定移頻干擾

圖8 隨機移頻干擾

圖9 步進(jìn)移頻干擾

圖10 分段移頻干擾

若保留方位向相干性，則干擾信號在方位向進(jìn)行相干處理，能量集中到一點，方位向干擾效果為點目標(biāo);若不保留方位向相干性，則干擾信號在方位向進(jìn)行非相干處理，能量不能集中，分散到一條直線上，方位向上干擾結(jié)果為一條直線。

正弦/鋸齒波調(diào)制干擾可以看作是一種特殊的移頻干擾，移頻量服從正弦/鋸齒波函數(shù)分布［11-12］。

上述移頻干擾均在距離向進(jìn)行移頻，只能在距離向產(chǎn)生干擾效果，若要在方位向產(chǎn)生干擾效果，通過對方位向的等效LFM 信號進(jìn)行移頻處理，實現(xiàn)方位向的干擾。因此，方位向多普勒調(diào)制可以看作是一種不同方向的移頻干擾，即方位向慢時間域的移頻干擾［13］。

移頻干擾是將接收到的雷達(dá)信號按照不同方式進(jìn)行移頻處理，因此移頻干擾是一種相干干擾，可以有效地降低對干擾機功率的要求。根據(jù)移頻手段的不同，可以產(chǎn)生多種不同的干擾效果，并且與運動調(diào)制干擾配合使用可以解決運動調(diào)制干擾無法在距離向產(chǎn)生干擾效果的不足。但是移頻量和峰值位置的偏移量之間存在一定的規(guī)律，有可能被用來雷達(dá)抗干擾。而且在單獨使用移頻干擾時，移頻干擾生成的假目標(biāo)的運動特性不真實，容易通過計算被識別并對干擾信號加以剔除［14］。

Research on the Creation of Live Tour Guide Commentary from the Perspective of Skills Competition____________________________________WANG Junlei 83

表2 4 種移頻干擾的對比

2.3 靈巧干擾

1999年首次提出“靈巧噪聲干擾”的概念，隨后不斷發(fā)展成熟。靈巧干擾通過卷積或者乘積等手段生成，式(6)為靈巧噪聲干擾的一種表達(dá)式

靈巧噪聲的靈巧來可以理解為: 利用DDS 或者DRFM中的雷達(dá)信號，通過卷積或乘積等手段與干擾信號進(jìn)行調(diào)制，生成不同形式的干擾信號，如靈巧噪聲干擾和靈巧假目標(biāo)干擾等［15］，并且干擾信號能夠自動瞄準(zhǔn)雷達(dá)信號，獲得匹配處理增益，并且干擾效果多種多樣［16］。如圖11 為靈巧噪聲干擾。

圖11 靈巧噪聲干擾

2.4 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

進(jìn)行相干干擾時，為了獲得雷達(dá)信號，需對接收的寬帶雷達(dá)信號進(jìn)行高速采樣并轉(zhuǎn)發(fā)出去，然而工程實踐中面臨著高速采樣和天線收發(fā)隔離這兩大問題。為了解決這個問題，提出間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾［17］。

其算法原理如下:

設(shè)采樣信號為矩形包絡(luò)脈沖串，形式如下

采樣信號經(jīng)傅里葉變換之后為

其中an=τfs·sinc(πnfsτ)，當(dāng)Ts=2τ 時p(t)為方波脈沖串，其偶次分量諧波為0，奇次分量諧波隨著n 的增大而減小。

設(shè)信號為x(t)，用p(t)進(jìn)行采樣，采樣后的信號為xs(t)，則xs(t)=x(t)·p(t)，經(jīng)傅里葉變換后為Xs(f)=X(f)* P(f)，將上式帶入可得可知Xs(f)的結(jié)果為X(f)的周期延拓并用an進(jìn)行加權(quán)。

設(shè)雷達(dá)的匹配濾波器為h(t)=x*(τ -t)，令τ =0，則h(t)=x*(-t)，其傅里葉變換為H(f)=X*(f)，雷達(dá)回波經(jīng)匹配濾波后輸出為ys(t)=xs(t)* h(t)，其頻域表示為

從式(9)可知，ys(t)為多個不同移頻量輸出的加權(quán)和。如圖12 為間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的效果圖。

圖12 間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾進(jìn)行深入分析可知:①當(dāng)采樣率fs足夠高時，干擾信號與真實目標(biāo)回波相同，僅存在一個系數(shù)τfs的差別;②當(dāng)多普勒移頻量為正時，輸出最大值超前于目標(biāo)，并且正比于ξn，多普勒移頻量為負(fù)值時，輸出最大值滯后于目標(biāo)，并且正比于ξn。

本質(zhì)上講，降低采樣率，根據(jù)奈奎斯特采樣定律可知，使得頻域出現(xiàn)混疊，相當(dāng)于進(jìn)行了移頻疊加，因此可以產(chǎn)生一串點目標(biāo)。解決高速采樣和天線收發(fā)隔離問題，表明間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾是一種有效的干擾方式［18］。

2.5 非相干干擾

非相干干擾與雷達(dá)信號沒有相干性，常見的非相干干擾如射頻噪聲干擾、噪聲調(diào)幅干擾、噪聲調(diào)頻干擾等，是通用性很強的干擾措施。因為雷達(dá)內(nèi)部存在噪聲，而非相干干擾與噪聲相似，雷達(dá)很難將非相干干擾完全去除，因此非相干干擾可以用來干擾SAR-GMTI。

從圖13 中可以看出，當(dāng)干信比為30 dB 時，干擾效果一般，所以非相干干擾對于干擾機功率要求較高，但是非相干干擾對于雷達(dá)信號的信息需求較少，干擾生成簡單，易于實現(xiàn)，操作簡單，并且對大部分體制的雷達(dá)均有效果，所以一直被廣泛應(yīng)用［19］。

2.6 無源干擾

針對SAR-GMTI 的無源干擾的思路比較簡單，一般是通過箔條、角反射器等散射體，布置在待保護(hù)目標(biāo)的上空或周圍，模擬真實運動情況如勻速運動、勻速轉(zhuǎn)動等形式，使得雷達(dá)回波具有運動目標(biāo)特性，從而實現(xiàn)對SAR-GMTI 的有效干擾［20］。無源干擾不需要了解雷達(dá)信息，只需要知道待保護(hù)目標(biāo)的位置及尺寸等信息即可，并且無源干擾物制備簡單，成本低廉，使用方便，散射系數(shù)較強，干擾效果較明顯。但是無源干擾物的使用在時空上有一定的限制［3］。

2.7 散射波干擾

散射波干擾將接收到的雷達(dá)信號經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)照射在一定的區(qū)域，干擾信號經(jīng)該區(qū)域散射后可以進(jìn)入雷達(dá)，對雷達(dá)形式干擾效果。點目標(biāo)散射波仿真如圖14 所示。

圖14 散射波干擾

散射波干擾是由真實地物散射得到的，因此干擾效果比較逼真，能夠起到欺騙的作用; 并且由于干擾機不直接干擾雷達(dá)，因此對于干擾機位置的偵查較難，相對于直達(dá)波干擾，散射波干擾有利于保護(hù)干擾機［21］。

散射波干擾由于改變了雷達(dá)信號的傳播路徑，相當(dāng)于引入了一定的調(diào)制信息，能夠起到干擾效果，并且當(dāng)干擾機運動時，或者所照射地物運動時，散射波干擾包含了運動信息，因此能夠有效干擾 SAR-GMTI，是一種有效的干擾方式［22-23］。

3 SAR-GMTI 干擾總結(jié)及發(fā)展趨勢

對于雷達(dá)干擾，從能量來源角度可以分為有源干擾和無源干擾。其中有源干擾又可以從相干性角度分為非相干干擾和相干干擾。相干干擾從干擾路徑的角度又可以分為直達(dá)波干擾和散射波干擾。其中直達(dá)波干擾根據(jù)干擾特點及生成方法的不同又可以分為運動調(diào)制干擾、移頻干擾、靈巧干擾和間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾等。

上述4 種干擾的關(guān)系如下:以往的靜止干擾對SAR-GMTI 的干擾效果并不理想，根據(jù)SAR-GMTI 檢測并識別運動目標(biāo)這一特點，提出具有運動目標(biāo)特性的運動調(diào)制干擾; 由于運動調(diào)制干擾只能在方位向產(chǎn)生干擾效果，為了擴展干擾區(qū)域，提出了移頻干擾和方位向多普勒調(diào)制干擾; 為了豐富干擾效果，增強壓制效果，提出了靈巧干擾;為了解決寬帶雷達(dá)信號的高速采樣和天線收發(fā)隔離等問題，提出間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾。

不同干擾具有不同的特點，現(xiàn)代電子對抗中，往往很少單獨使用一種類型的干擾，而是多種類型干擾共同使用，對不足進(jìn)行互補，同時還可以產(chǎn)生更多更復(fù)雜的干擾樣式，達(dá)到更好的干擾效果。

幾種干擾的關(guān)系如圖15 所示。

根據(jù)上文的對各種干擾的介紹以及文獻(xiàn)［24］中得出的結(jié)論可知，SAR-GMTI 干擾的發(fā)展趨勢如下:

1)利用干擾與雷達(dá)信號的相干性，有效降低對干擾功率的需求，同時可以降低干擾設(shè)備的體積、質(zhì)量等，有利于設(shè)備的小型化，因此，干擾技術(shù)將由非相干干擾向相干干擾發(fā)展。

2)越來越多的SAR 將具備GMTI 工作模式，以往針對靜止目標(biāo)的干擾技術(shù)對于運動目標(biāo)的保護(hù)能力將大打折扣，而包含運動信息的干擾將能夠給運動目標(biāo)及重要場景提供有力的支持和保護(hù)，因此，干擾技術(shù)將從靜止目標(biāo)干擾向運動目標(biāo)干擾發(fā)展。

3)在電子對抗中，隨著抗干擾技術(shù)的發(fā)展，單獨使用一種干擾技術(shù)或者一種干擾手段往往已不能達(dá)到良好的干擾效果，需要配合使用多種干擾技術(shù)以及干擾手段來達(dá)到預(yù)期的干擾目的，因此，干擾技術(shù)將從單一干擾向多種復(fù)合干擾發(fā)展。

圖15 干擾關(guān)系

4 結(jié)束語

SAR-GMTI 技術(shù)的不斷發(fā)展使得SAR-GMTI 的干擾技術(shù)也在不斷發(fā)展。本文總結(jié)了當(dāng)前幾種主要的SAR-GMTI 干擾技術(shù)，從原理角度對其進(jìn)行分析和梳理，分析并得出了干擾技術(shù)將向著相干干擾、運動干擾、復(fù)合干擾方向發(fā)展，對進(jìn)一步研究SAR-GMTI 干擾技術(shù)有一定的參考意義。

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