對合成孔徑雷達的運動調制間歇采樣干擾方法

周 陽，畢大平，沈愛國，房明星

(解放軍電子工程學院，安徽 合肥 230037)

對合成孔徑雷達的運動調制間歇采樣干擾方法

周 陽，畢大平，沈愛國，房明星

(解放軍電子工程學院，安徽 合肥 230037)

針對合成孔徑雷達(SAR)干擾靈活性不夠的問題，提出了對SAR的運動調制間歇采樣干擾方法。該方法先對截獲的SAR信號進行運動調制，再對其間歇采樣后轉發出去，其干擾原理是利用運動調制的SAR信號經成像處理后會產生方位向調制效應，而間歇采樣轉發可在距離向上產生周期延拓的多假目標，二者結合可形成靈巧的遮蔽干擾效果。仿真驗證表明，該方法能夠產生有效的遮蔽干擾效果，且通過改變采樣周期、占空比和運動調制參數可使干擾能量散布在需要遮蓋的目標上，從而提高了干擾能量利用效率。

合成孔徑雷達；運動調制效應；間歇采樣轉發干擾；遮蔽干擾

0 引言

合成孔徑雷達(SyntheticApertureRadar，SAR)是一種新體制高分辨率成像雷達，具有全天候、全天時的對地觀測能力，被廣泛用于軍事偵察、地圖測繪以及導彈末端圖像匹配制導等方面[1]。隨著各國SAR的快速發展，它已對我重要軍事目標構成了嚴重威脅。因此，研究SAR干擾技術具有越來越重大的意義。

由于SAR具有二維匹配處理能力，可獲得高的處理增益和抗干擾性能，這使得SAR干擾必須有別于傳統雷達。目前，SAR干擾可分為有源干擾和無源干擾。無源干擾主要以布置無源角反射器、發射箔條彈和給需掩護目標涂抹隱身材料為主[2-4]，此類干擾方法常受地域、風向、環境電磁特性等因素制約。有源干擾又可分為有源壓制干擾和有源欺騙干擾，有源壓制干擾主要通過對SAR發射大功率非相干信號來降低SAR圖像對比度，達到保護目標的目的，此干擾所需要的信息量較少，實施起來簡單[5]，但干擾功率要求高；有源欺騙干擾主要采用相干干擾信號產生假目標，大大降低了對干擾機的功率要求，但產生此類干擾對硬件要求較高，工程實現難。文獻[6]就相干干擾工程實現難的問題，提出了基于間歇采樣處理的干擾方法，其結果對于各類型相干雷達的干擾設計均有指導意義；文獻[7-8]將間歇采樣轉發干擾技術成功地應用于SAR干擾，但干擾效果僅在距離向產生逼真的相干假目標串；文獻[9-10]將間歇采樣干擾技術與散射波干擾、卷積干擾結合，取得了較好的干擾效果，但仍停留在一維距離向上；文獻[11]提出二維間歇采樣延遲轉發SAR干擾技術，可在距離向和方位向二維同時產生多個以主假目標為中心對稱分布的逼真假目標串，但由于靈活性不足而不能有針對性地保護重要目標，干擾能量未能得到有效利用。本文針對此問題，提出了對SAR的運動調制間歇采樣干擾方法。

1 基礎干擾模型

1.1 運動調制干擾模型

運動調制干擾指在干擾機接收SAR信號的基礎上，調制上運動附加相位，然后轉發出去，達到產生虛假運動目標的干擾效果。

(1)

其中，

(2)

由于對干擾機接收到的信號進行了運動調制，轉發進入SAR接收機進行RD算法成像后，會在方位向上產生運動調制效應，其干擾效果是在方位向上的干擾點或干擾條帶。

1.2 間歇采樣轉發干擾模型

間歇采樣干擾指干擾機接收SAR信號后，高保真度地采樣其中一小段信號后進行轉發，再采樣下一段并進行轉發，如此收發分時、采樣和轉發交替工作直至大時寬信號結束[7]。設間歇采樣脈沖信號p(tr)為矩形包絡脈沖串(如圖2)，其表達式為

(3)

其中，δ(·)為沖擊函數，Tw為采樣脈沖寬度，Ts為采樣周期，Dr=Tw/Ts=Twfs為采樣脈沖的占空比，an=Twfssinc(nπTwfs)=Drsinc(nπDr)為幅度加權系數，通常情況下Tw、Ts小于雷達信號的脈沖寬度。

干擾機對截獲的SAR信號s0(tr,ta)進行距離向間歇采樣后轉發，得到的間歇采樣干擾信號為

sjr(tr,ta)=s0(tr,ta)·p(tr)

(4)

間歇采樣干擾基于天線收發分時體制，能夠解決干擾機收發隔離問題，可在距離向產生逼真的多假目標干擾效果。

2 運動調制間歇采樣干擾

本小節從運動調制間歇采樣干擾模型、干擾原理和干擾參數分析三個方面研究該新型干擾方法。

2.1 運動調制間歇采樣干擾模型

運動調制干擾在設置合適的運動參數時可以實現方位向的展寬效應，距離向間歇采樣干擾可在距離向上產生多個干擾假目標，將運動調制干擾和間歇采樣干擾結合起來，可實現二維遮蔽干擾效果。

(5)

2.2 運動調制間歇采樣干擾原理

圖3為合成孔徑雷達的RD成像處理流程圖，下面利用RD算法推導運動調制間歇采樣干擾的成像結果。

圖3 SAR的RD成像處理流程
Fig.3 RD imaging processing flow of SAR

干擾信號經距離壓縮和距離徙動校正后的信號形式為

(6)

干擾信號進行方位壓縮時，方位向參考函數為

(7)

其中，μa=-2v2/λRj，為方位向調頻率。經過方位壓縮，輸出為方位向慢時間ta的互相關函數

(8)

在Fresnel近似條件下，SAR的方位向回波數據可看作線性調頻信號形式，且具有較大的時寬帶寬積，故可采用駐相點法求取積分，最終得到干擾信號經過SAR系統成像表達式為

(9)

(10)

由上式可知，在ta=tam時，干擾能量有最大輸出。對靜止目標的運動調制會導致干擾假目標的散焦，所以其成像效果是干擾條帶。根據運動目標SAR成像特性可知干擾條帶方位向中心偏移位置和展寬量分別為

(11)

(12)

由于間歇采樣的作用，使得干擾條帶在距離向周期延拓出現，出現位置為y=yj-ncfs/2μr，因此會產生區域遮蔽干擾效果。

2.3 關鍵干擾參數分析

由式(9)可見，運動調制間歇采樣遮蔽干擾與采樣周期、占空比和運動調制參數有關，它們對干擾成像有很大影響。

1)間歇采樣周期Ts

間歇采樣周期影響遮蔽面積，遮蔽疏密程度，是一個關鍵的干擾指標。當間歇采樣周期越大時，假目標條帶越密集，所形成的遮蔽面積越小，干擾能量越集中；當間歇采樣周期越小時，假目標條帶越稀疏，所形成的遮蔽面積越大，干擾能量越分散。

2)占空比Dr

占空比影響干擾輸出加權系數an，因而會影響到干擾輸出幅度。設n=0為距離向中心假目標，其余為距離向第n階次假目標。當nπDr=kπ(k為整數)時，an=0，此時圖像上將看不到該次級假目標。由于a0=Dr，所以占空比越大，距離向中心假目標幅度越大，次級假目標幅度相對中心假目標會降低。占空比減小時，中心假目標幅度下降較快，次級假目標幅度下降較慢。

3)運動調制參數vx，vy，ax，ay

運動調制參數主要影響方位向假目標峰值中心位置及展寬量。一般的，干擾機位置縱坐標yj遠大于橫坐標xj，由式(11)，式(12)知，vx影響方位向均勻展寬量，vy影響假目標峰值中心位置在方位向上發生偏移的大小，ax對偏移和展寬影響均不大，ay是使方位向發生非均勻展寬的原因。

因為干擾機和待保護目標相對位置是已知的，對干擾機設置合理運動參數，可使干擾能量僅出現在待保護目標上，從而有效利用了干擾能量。如果干擾機和待保護目標存在相對位置存在誤差，那么遮蔽面中心位置可能會偏離待保護目標，可以通過適當減小間歇采樣周期，并適當增加方位向調制加速度來增加遮蔽面的面積，從而確保待保護目標被完全遮蔽。

3 仿真實驗

表1 SAR系統參數

表2 干擾實驗參數

3.1 干擾參數的影響

1)采樣周期的影響

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，ay=-0.15 m/s2，Dr=10%，采樣周期依次為Ts=4 μs,8 μs,16 μs，進行仿真實驗來分析采樣周期對干擾效果的影響。

圖4為不同采樣周期下的干擾圖像，由2.2節可知，當Ts=4 μs時，干擾峰值條帶會出現在y=10 000-7.5n，條帶間間隔為Δy=7.5 m；當Ts=8 μs時，干擾峰值條帶會出現在y=10 000-3.75n，條帶間間隔為Δy=3.75 m；當Ts=12 μs時，干擾峰值條帶會出現在y=10 000-2.81n，條帶間間隔為Δy=2.81 m。將圖4(a)-4(c)實驗結果與上述理論值進行對比，除了因場景、假目標幅度衰減和相鄰條帶假目標在距離分辨單元內等因素所限，不便觀察條帶假目標的總個數外，實驗結果與理論分析結果吻合。

2)占空比的影響

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，ay=-0.15 m/s2，Ts=8 μs，占空比依次為Dr=10%,20%,30%，進行對比試驗，結果如圖5。

3)運動調制參數的影響

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，Ts=8 μs，Dr=10%，當ay=-0.15,-0.3,-0.45 m/s2時，結果如圖6(a)-6(c)；再取vx=0，ax=0，ay=-0.15 m/s2，Ts=8 μs，Dr=10%，當距離向速度vy=0.8,0,-0.6 m/s時，結果如圖6(d)-6(f)。

根據2.2節式(22)可知，當ay=-0.15 m/s2時，展寬量δx=21.3 m；當ay=-0.3 m/s2時，展寬量δx=42.6 m；當ay=-0.45 m/s2時，展寬量δx=64.9 m。由式(21)可知，當vy=0.8 m/s時，峰值中心偏移位置x=-40 m；當vy=0時，峰值中心偏移位置x=0 m；當vy=-0.6 m/s時，峰值中心偏移位置x=30 m。該仿真結果與理論分析相一致。

3.2 對目標的干擾遮蔽效果

現需保護六輛具有較強反射特性的裝甲車，用運動調制間歇采樣干擾對SAR進行干擾。按上述實驗參數進行仿真，干擾參數設置為vx=0，ax=0，vy=-0.85m/s，ay=-0.15m/s2，Dr=10%，Ts=8μs，干擾干信比設置為15 dB。遮蔽干擾仿真效果如圖7所示，可以看出，在干信比為15 dB時，對裝甲車能達到較好的遮蓋效果，而對SAR噪聲干擾要達到相同的遮蓋干擾效果，干信比要達到50 dB[6]。

4 結論

本文提出了對SAR的運動調制間歇采樣干擾方法。該方法先對截獲的SAR信號進行運動調制，再對其間歇采樣后轉發出去。其干擾原理是利用運動調制的SAR信號經成像處理后會產生方位向調制效應，而間歇采樣轉發可在距離向上產生周期延拓的多假目標，二者結合可形成靈巧的遮蔽干擾效果。仿真驗證表明，該方法能夠產生有效的遮蔽干擾效果，且通過改變采樣周期、占空比和運動調制參數可使干擾能量散布在需要遮蓋的目標上，從而提高了干擾能量利用效率。

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Motion Modulation Intermittent Sampling Repeater Jamming Against SAR

ZHOU Yang, BI Daping, SHEN Aiguo, FANG Mingxing

(Electronic Engineering Institute of PLA, Hefei 230037, China)

Due to the insufficient flexibility of SAR jamming, a motion modulation intermittent sampling repeater jamming method was proposed. This method began with motion modulation on intercepted SAR signals, intermittently sample, and then transmitted them. Motion modulation of SAR signal can produce the effect of motion modulation along azimuth and the intermittent sampling repeater jamming can produce multi fronted and lagged false targets along range. The combination of the both could provide the jamming effect of smart shading area. Simulation results verified the shading jamming effectiveness for SAR and showed that the energy can only appear on the targets that needed to be covered by adjusting the sampling interval, duty ratio and parameter of motion modulation, so that jamming efficiency could be improved.

synthetic aperture radar(SAR); effect of motion modulation; intermittent sampling repeater jamming; shading jamming

2016-12-21

國家自然科學基金項目資助(61171170)

周陽(1991—)，男，江西南昌人，碩士研究生，研究方向：SAR信號處理及SAR對抗理論研究。E-mail:zhouyanglb@163.com。

TN957

A

1008-1194(2017)03-0112-06