對ISAR成像系統M序列調相干擾技術研究＊

（1.北京跟蹤與通信技術研究所 北京 100094）（2.中國艦船研究院 北京 100083）

1 引言

逆合成孔徑雷達（ISAR）利用對目標成像的方法偵察和識別目標［1］，具有大的瞬時工作帶寬，能實現距離向和方位向二維脈沖壓縮，具有很強的抗干擾能力，使用常規的噪聲壓制干擾方法需要更大的功率才能實現對ISAR 的有效壓制。因此，目前研究以較小的干擾功率對抗ISAR 的干擾方法是國內外人士的一個熱點。

工程上ISAR 成像系統通常采用解線調的方法得到目標的一維距離像，傳統的噪聲壓制干擾有調頻、調幅、調相等信號樣式，它們和ISAR 系統中解線調參考信號不相關，不能獲得與雷達回波信號相同的信號處理增益。該文介紹一種基于M 序列碼實現的調相干擾方法，它與ISAR 系統接收到的雷達回波信號具有相同的相參處理增益，能夠實現對方位向和距離向目標像的二維破壞。

2 ISAR 成像原理

實際ISAR 系統的發射信號有寬帶chirp信號、階躍調頻、載頻跳變的窄帶線性調頻等形式［2］，目前的ISAR 系統多為發射chirp信號并采用解線調處理。

假設雷達發射信號為

其中τ為脈沖寬度，fC為載頻，Kr為調頻率。

目標上某散射點與雷達距離為Ri，則雷達接收到的回波信號為

其中ti＝2Ri／c為的回波延遲時間。

解線調處理參考信號為：

解線調處理后信號表示為［1］

其中

解線調處理使回波信號帶寬減小，降低了數字信號處理的難度，同時縮短了對目標的搜索距離。解線調后信號帶寬取決于目標尺寸，混頻點離目標參考點越遠，目標徑向尺寸越大，信號帶寬就越大。

傳統的噪聲壓制干擾與雷達回波信號不相關，不能與雷達回波信號相同的解線調處理增益，下面介紹一種相干干擾方法，能使用較小的干擾功率實現對ISAR 成像過程的二維破壞。

3 M 序列調相干擾

M 序列是廣泛應用的偽隨機序列碼，可以由線性反饋移位寄存器產生，如果移位寄存器為n級，則M 序列周期為2n-1。n級M 序列特征多項式表征為［3］

其中xi表示輸入經過i次移位，即經過i個寄存器的驅動時鐘周期；ci為反饋因子，ci＝0表示不參加反饋，ci＝1表示參加反饋。按照特征多項式構成的反饋移位寄存器如圖1所示。

圖1 M 序列碼生成器模型

M 序列碼生成器在轉發式調相干擾中的應用如下圖所示，轉發式干擾機通過數字射頻存儲器DRFM 將接收到的ISAR 信號存儲起來，通過IQ 矢量調制器完成對存儲回波信號的調制，然后上變頻到射頻并轉發出去。

圖2 轉發式調相干擾機實現框圖

假設M 序列碼周期為N，碼元寬度為ΔT，每次生成M序列時隨機初相為φ，φ在區間［0，2π］內服從均勻分布，Xi為M 序列中某個碼元的值，Xi∈｛-1，1｝，則生成的無限長周期M 序列信號可以表示為

假定第i次雷達回波干擾機和雷達距離為RJ，i，則干擾機接收到雷達信號SR，i（t）為

轉發式調相干擾信號可以表示為

ISAR 雷達接收到的干擾信號為

經過解線調處理后干擾信號為

其中

對解線調處理后的干擾信號作FFT 變換得到干擾信號的一維距離像為

其中

4 對ISAR 成像影響分析

干擾信號形成的一維距離像為一受辛格函數調制的梳狀譜，辛格函數主瓣零點寬度為，相鄰兩根譜線間隔為，主瓣內譜線數目為2N-1。

若令干擾信號主瓣零點寬度與ISAR 系統解線調后信號帶寬相等，即，一般取，則干擾在每次回波距離像目標成像區域內生成2N-1個虛假點跡，從而破壞目標距離像。

下面來分析M 序列碼調相干擾對方位成像的影響：

1）距離對準

假設ISAR 采用相鄰包絡互相關法作距離對準，則相關函數［3］表示為

干擾信號和雷達回波信號不相關，相關函數表示為

第i次干擾信號與第i＋1 次干擾信號相關性越強，（τ）越接近沖擊響應函數，干擾越容易破壞成像中的包絡對準過程。

傳統的噪聲壓制干擾信號在相鄰兩次回波間相關性較差，對包絡對齊的破壞有限。M 序列碼調相干擾經ISAR系統解線調后信號頻譜包絡為受辛格函數調制的梳狀譜，相鄰兩次回波期間接收到的干擾信號距離像相關性很強。ISAR成像系統中回波信號經去斜后如果干信比很高，則R（τ）主要取決于干擾信號的相關函數。若相鄰兩次回波間干擾像和目標像相對位置保持不變，則M 序列碼干擾不會影響到成像的包絡對準過程。而實際中轉發式干擾機硬件實現時可對干擾信號附加一隨機延遲分量Δτ，則干擾像譜包絡中心為Kr（tref-tJ，i-Δτ）也是一隨機變量，距離對準則會受到破壞。

2）相位對準

如果干擾信號被加以隨機延遲分量Δτ，則距離對準已經被破壞，此時相位對準過程肯定會被破壞掉。如果設計干擾機時沒有附加隨機延遲分量Δτ，當干信比很高時，相位對準主要取決于干擾信號，假設經過包絡對準后相鄰兩次距離像為C′i（r）和C′i＋1（r），可使用下式來估計剩余相位差［3］：

而每次干擾像的初相為一隨機變量，能極大程度上破壞ISAR 成像相位對準，使方位成像散焦。

5 仿真分析

基于Matlab語言實現ISAR 成像過程，并將噪聲調頻干擾、噪聲調相干擾、M 序列調相干擾疊加于雷達回波信號中，得到干擾圖像如下：

圖3 無干擾時目標像

圖4 普通寬帶噪聲調頻干擾

圖5 轉發式噪聲調相干擾

圖6 轉發式M 序列調相干擾

可以使用無干擾圖像和受干擾圖像二維相關系數評估干擾效果，計算公式如下［4］：

仿真中ISAR 成像系統輸入干信比JSR 均為30dB，圖3為無干擾時目標像；圖4為普通噪聲調頻干擾時的成像結果，r＝0.33；圖5為轉發式噪聲調相干擾時的成像結果，r＝0.2；圖6為M 序列碼調相干擾時的成像結果，r＝0.14。

噪聲調頻、噪聲調相干擾為非相干干擾，成像結果可近似看作是目標像和干擾像的線性疊加。解線調處理可以對噪聲調頻干擾起到很好的抑制作用，因此圖4中干擾效果不明顯；轉發式噪聲調相干擾與M 序列調相干擾類似，都是對接收到的ISAR 線性調頻信號加以調制并轉發，能夠與雷達回波信號獲得相同的解線調處理增益，因此圖5干擾效果與圖4相比較好；而M 序列調相干擾可以破壞ISAR 整個成像過程，因此圖像6中已經看不到目標像，只有干擾像。

6 結語

該文較深入地分析了M 序列偽隨機碼調相干擾對ISAR 成像系統的影響，并基于Malab語言編程進行驗證。M 序列調相干擾可在距離向生成虛假點跡，破壞ISAR 方位成像過程，對ISAR 成像構成非線性影響。

［1］張煜，對解線調處理的ISAR 的相干干擾技術［J］.電子學報，2006，34（9）：1-2.

［2］劉永坦.雷達成像技術［M］.哈爾濱工業大學出版社，1999（10）：260-264.

［3］盧敏.對脈沖多普勒雷達干擾技術研究［D］.西安電子科技大學，2005，1：21-22.

［4］李源.基于相關系數的ISAR 干擾效果評估方法［J］.電子科技大學學報，2006，35（4）：2.

［5］周梅紅，劉宇峰，胡曉雯，等.惡意代碼多態變形技術的研究［J］.計算機與數字工程，2008，36（10）.