合成孔徑雷達窄帶瞄頻噪聲干擾方法

劉佳偉，達通航，王 松，李敏劍，張二濤

(解放軍63618部隊，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

合成孔徑雷達(SAR)的全天時、全天候觀察能力使其具有了重要的軍事應用價值。近年來SAR的傳感器和信號處理器兩部分性能都得以穩步提高，其在戰場中的效能也得到進一步釋放。在情報獲取等方面，合成孔徑雷達表現出了強大的威力，因此對SAR的干擾及抗干擾研究就成了電子對抗中重要的一部分。

對SAR成像的干擾方法有很多，不同干擾方法的目的和效果也不盡相同。干擾的實施應該是為了達到特定目的而采取特定干擾策略的一個過程。與作為這些算法的基礎技術發展同樣具有挑戰性的是其在真實系統中的實際應用。本文以防SAR衛星偵察為目的，篩選了窄帶瞄頻噪聲干擾作為干擾方法。對干擾的實施流程進行了簡要描述，對干擾信號的產生及干擾的遮蔽位置進行了理論分析和仿真驗證，總結了在使用窄帶瞄頻噪聲干擾時需要考慮的問題。

1 SAR有源壓制干擾方法及其實施

SAR干擾按照干擾能量來源可以分為有源干擾和無源干擾2類[1]。在有源干擾下按照干擾的方式又可以分為有源欺騙干擾和有源壓制干擾2個子類。有源壓制干擾利用干擾機發射的干擾信號來壓制雷達回波，使雷達難以在回波中檢測到目標信息。根據不同的場景選擇合適的干擾方法和實施流程才能充分發揮干擾的作用。

1.1 SAR有源壓制干擾方法

在對抗雷達偵察過程中，往往不能充分掌握雷達的參數，此時使用壓制干擾將更具優勢。不同于欺騙干擾需要大量的對雷達發射信號的測量和調制，壓制干擾只需要較少的處理過程就可以生成干擾信號，因此反應時間和適應性也大大增強。常見的有源壓制干擾包括噪聲調頻干擾、噪聲調幅干擾、梳狀譜等。國內外很多學者對壓制干擾進行了細致的研究：陳玉絨等對雷達有源壓制干擾信號進行了建模和仿真[2]，吳曉芳等人對雷達電子對抗技術進行了綜述[3]。為了讓噪聲盡可能多地進入雷達接收機，需要將噪聲調制到雷達的工作頻率上。特別是面對有捷變頻模式的雷達時，需要干擾機具有快速跟蹤雷達頻率的能力，由此就出現了窄帶瞄頻噪聲這種干擾樣式。曾茂生等人對產生快速窄帶瞄頻噪聲干擾的時序進行了分析[4]，劉宇等介紹了一種利用數字射頻存儲器(DRFM)技術實現窄帶瞄頻噪聲干擾的方法[5]。在對SAR干擾時，窄帶瞄頻噪聲干擾依然是比較推薦的方法。

1.2 對SAR窄帶瞄頻噪聲干擾的實施

要實施瞄頻干擾，首先要通過偵收系統對雷達發射的信號進行脈沖分析，進行快速測頻，然后形成調制參數發送到干擾機，形成中心頻率在雷達工作頻率上的干擾信號并由發射系統輻射出去,對雷達形成干擾。典型的帶重頻跟蹤的快速窄帶瞄頻噪聲干擾時序如圖1所示。

圖1 窄帶瞄頻噪聲干擾時序

系統接收到雷達的脈沖之后，進行脈間分析和重頻跟蹤，在脈沖到達前一段時間開偵收窗，并在脈沖前沿進行快速頻率測量。干擾窗可以設置為幾個脈沖重復間隔(PRI)時間。在系統測出雷達工作頻率后就可以按照干擾參數進行噪聲信號的調制。

2 窄帶瞄頻信號的產生及分析

這里僅考慮瞄準頻率之后的信號調制過程，干擾噪聲信號使用噪聲調頻信號。相比于干擾傳統雷達，對SAR應用瞄頻干擾會有更多需要關注的地方。對噪聲調頻信號用SAR成像算法進行分析，將能夠揭示頻率瞄準了的噪聲調頻信號對SAR圖像的影響。

2.1 窄帶瞄頻噪聲干擾信號的產生

噪聲調頻信號的時域表達式為：

(1)

2.2 干擾信號對SAR圖像的影響

雷達接收到的干擾信號經正交解調后可表示為：

(2)

式中：R(η)為干擾機在方位向時間η時到雷達的瞬時斜距；c為光速；f0為雷達工作頻率，因為假設頻率已經瞄準，所以這里有f0=fj。

(3)

(4)

式中：rem(·)表示取余運算;fPR表示雷達方位向采樣率。

3 仿真驗證

通過仿真分析可以對頻率瞄準噪聲和普通噪聲干擾效果有直觀的了解，這里用星載SAR進行仿真分析。SAR的工作參數見表1。

表1 雷達工作參數

3.1 普通噪聲干擾和窄帶瞄頻噪聲干擾效果的區別

根據上面描述的噪聲調頻信號表達式，可產生一個帶寬近似為100 MHz的瞄頻噪聲調頻信號。其功率譜見圖2。

圖2 瞄頻噪聲調頻信號功率譜

將其采樣之后疊加到雷達的原始回波上。普通不相干噪聲直接疊加和瞄頻噪聲疊加之后的時域原始信號見圖3～圖4。從圖3～圖4可以看到，在原始信號的時域中普通白噪聲和瞄頻噪聲在方位向都有功率。

圖3 瞄頻噪聲信號和雷達回波的原始數據

圖4 白噪聲信號和雷達回波的原始數據

在干信比0 dB情況下的普通白噪聲和瞄頻噪聲的干擾效果如圖5所示。

圖5 瞄頻噪聲干擾下的SAR圖像

圖6 白噪聲干擾下的SAR圖像

可以看到，普通非相干白噪聲直接干擾將會使SAR圖像出現明顯的雪花，成像惡化。但是瞄頻干擾由于其頻率和雷達工作頻率一致，會導致在方位向產生一定的壓縮。因而能量將更集中于一部分區域中。在實際的成像中，這種效果可能不會這么明顯，因為其頻率匹配程度不會這么高。其次大功率的噪聲也會使雷達回波的噪底提高，所以最后的干擾效果應該是普通白噪聲和瞄頻噪聲干擾效果的一種疊加。

3.2 壓制位置仿真

從圖7中可以看到，瞄頻干擾的壓制位置并不以干擾機為中心。壓制中心和干擾機之間的距離為322個方位采樣點。這和理論計算得到的391個采樣點的距離結果較為接近。

圖7 壓制位置仿真

4 結束語

將窄帶瞄頻噪聲應用到對抗SAR雷達的偵察上能獲得非常好的效果，但是不同于將噪聲直接作用于雷達數據，干擾信號頻率和雷達工作頻率相同，會在SAR處理的過程中得到一部分的方位向壓縮和卷繞。這就使得其壓制的范圍和位置都會產生變化。為了在實際應用中更好地掩護目標，我們需要提前考慮窄帶瞄頻噪聲的壓制范圍和位置，從而指導合理布站。