基于調頻率捷變的抗移頻干擾SAR成像方法

(電子科技大學電子工程學院,四川成都611731)

0 引言

合成孔徑雷達(SAR)是20世紀發(fā)展起來的主動式微波成像雷達,它利用合成孔徑原理和脈沖壓縮技術,能全天候、全天時獲取二維高分辨雷達圖像,在軍事偵察領域具有重大價值。合成孔徑雷達的干擾和抗干擾手段已是當前電子對抗領域的一個重要研究對象[1-3]。

合成孔徑雷達采用脈沖壓縮信號,具有高分辨率、低截獲概率和抗干擾能力強等優(yōu)勢。但脈沖壓縮信號的時延和頻移具有強耦合性,固定移頻干擾利用這個特性,常常采用數(shù)字射頻存儲器(DRFM)技術來實現(xiàn)對合成孔徑雷達的干擾[4-7]。

數(shù)字射頻存儲器需要截獲雷達信號,提取波形參數(shù),再利用這些波形參數(shù)重組雷達信號發(fā)射給被干擾雷達實施欺騙干擾,針對數(shù)字射頻存儲器干擾原理,將固定參數(shù)的發(fā)射信號改為非固定參數(shù),防止數(shù)字射頻存儲器復制正確的波形參數(shù),以達到抗干擾的目的[8-10]。

1 基于調頻率極性捷變的抗干擾SAR成像原理

條帶式合成孔徑雷達斜視成像如圖1所示,假設平臺沿著曲線ABC運動,x軸為方位向,y軸為距離向,z軸為垂直向,Q為點目標位置,τ為距離向時間(快時間),ta為方位向時間(慢時間)。

圖1 雷達平臺斜視成像的幾何關系

假設經(jīng)過任意時刻ta,雷達平臺到達了位置C,此時雷達平臺到點目標Q的瞬時斜距為

將上式在ta=0時處進行泰勒級數(shù)展開,可以得到

1.1 回波模擬信號

合成孔徑雷達發(fā)射線性調頻信號為

式中,T為合成孔徑時間,Kr為線性調頻信號的調頻率,ω0為載頻。

上述信號經(jīng)過接收機,去除載頻信號,將回波信號調制到基帶,可以得到

式中,Ar和Aa分別為距離向和方位向的窗函數(shù)。

當干擾機接收到發(fā)射的線性調頻信號,并附加固定角頻移量ωd后轉發(fā),則在雷達接收機輸入端的信號為

將由干擾機轉發(fā)的干擾信號去除載頻信號,調制到基帶,可以得到

比較式(4)和式(6),可以得到

1.2 調頻率極性捷變

因移頻干擾利用脈沖壓縮信號時延和頻移的強耦合特性對SAR系統(tǒng)實施有效干擾,為抑制移頻干擾,可以采用改變信號波形的方法,事先在發(fā)射的波形中加入捷變的脈間信號參數(shù),系統(tǒng)就可以在不同慢時間使用不同的信號參數(shù),這使得干擾機很難使用先前偵獲的雷達信號慢時間參數(shù)來干擾當前慢時間的雷達工作。

改變調頻率是改變信號波形中較為容易的一種方法,該方法將在相鄰慢時間的雷達發(fā)射信號的調頻率乘上一個交替變化的常數(shù)+1、-1,讓調頻率的正負極性交替變化。

假設雷達第n個脈沖重復周期間隔內接收的信號為

式中,Sr(τ)=s n(τ,ta)為雷達接收到的真實目標信號,由 式 (7)可 以 得 到J(τ)=s n-1(τ,ta)·為雷達在相同周期內接收到的由干擾機轉發(fā)的固定移頻干擾信號,它由雷達對上一個脈沖重復周期發(fā)射的脈沖調制轉發(fā)而成。

對加入基于調頻率極性捷變的抗干擾方法進行SAR成像算法處理,由線性調頻信號的自相關特性和互相關特性可知,真實目標信號匹配而干擾信號失配。

1.3 調頻率極性捷變結合限幅

鑒于直接目標匹配脈壓處理對高干信比或是強干擾信號效果甚微,為了加強其抗干擾效果,需要在真實目標信號匹配濾波前降低干擾信號的影響。由于已知雷達發(fā)射信號,利用偵獲的干擾信號,得到干擾信號的調頻率,先利用干擾信號的調頻率進行匹配濾波,限幅后進行逆匹配濾波得到恢復后的信號,恢復后的信號包含了被大幅削弱的干擾信號和受影響甚微的真實目標信號,最后使用恢復后信號的調頻率的匹配濾波函數(shù)進行脈沖壓縮,此過程中干擾信號再次被削弱。抗干擾流程如圖2所示。

圖2 基于調頻率極性捷變結合限幅的抗干擾流程圖

調頻率極性捷變結合限幅的方法與調頻率極性捷變的方法類似,僅對固定移頻干擾在距離向產生的干擾有抑制效果,并不改變方位向的信息,因此處理流程上僅對距離脈沖壓縮進行改變,即在基于級數(shù)反演的成像算法中對二維頻域中使用調頻率極性捷變與幅度限制相結合的方法。

2 仿真結果

應用上述的干擾方法和抗干擾處理,采用了表1仿真實驗參數(shù)。

表1 雷達實驗仿真參數(shù)

圖3(a)為干擾機對合成孔徑雷達進行固定移頻干擾的成像結果,其干信比為0 dB并且保留了脈間相位相干特性,其固定移頻量fd=Br/10=7.5 MHz。圖3(a)上方的點為條帶內真實點目標成像,下方的點為保留了脈間相位相干特性時固定移頻干擾所產生的虛假點目標。圖3(b)為去除脈間相位相干特性固定移頻干擾的成像結果,此時合成孔徑雷達在距離向作相干處理,方位向作非相干處理,虛假目標成像輸出在方位向會是一條線。

圖3 固定移頻干擾仿真成像

圖4(a)為調頻率極性捷變的抗干擾仿真成像,干信比為0 d B;圖4(b)為調頻率極性捷變的抗干擾仿真成像,干信比為20 dB。抗干擾仿真均保留了脈間相位相干特性。

圖5(a)為調頻率極性捷變的抗干擾仿真距離峰值旁瓣比(PSLR),干信比為0 dB;圖5(b)為調頻率極性捷變的抗干擾仿真距離峰值旁瓣比,干信比為20 dB。對比圖4(a)與圖4(b)、圖5(a)與圖5(b)可以發(fā)現(xiàn),在高干信比的情況下,盡管干擾信號失配,但由于其能量大,依然可以覆蓋真實信號目標。

圖6(a)為調頻率極性捷變結合限幅的抗干擾仿真成像,干信比為20 dB;圖6(b)為調頻率極性捷變結合限幅的抗干擾仿真距離峰值旁瓣比,干信比為20 d B。分別對比圖4(b)與圖6(a)、圖5(b)與圖6(b)可以看出,基于調頻率捷變結合限幅的抗干擾方法有更明顯的抗干擾效果。

圖4 基于調頻率極性捷變抗干擾成像

圖5 基于調頻率極性捷變抗干擾距離峰值旁瓣比

圖6 基于調頻率捷變結合限幅的抗干擾成像

3 結束語

從前面的分析和仿真可以看出,固定移頻干擾對合成孔徑雷達有很明顯的欺騙干擾作用,而本身對于處理距離向欺騙干擾的基于調頻率極性捷變的抗干擾方法,在對于固定移頻干擾有較明顯的抑制作用,當遇到強干擾時,結合限幅的調頻率極性捷變的抗干擾方法能提高抗干擾性能。通過仿真成像,可以清楚地看到基于調頻率極性捷變的抗干擾方法能有效抑制固定移頻干擾對合成孔徑雷達的影響。

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