干擾機布站位置對合成孔徑雷達相干干擾效果的影響分析

張　頌，陳遠征，夏興宇

(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003)

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干擾機布站位置對合成孔徑雷達相干干擾效果的影響分析

張頌，陳遠征，夏興宇

(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003)

摘要：相干干擾方法是對合成孔徑雷達的一種有效干擾手段。針對合成孔徑雷達相干干擾在距離向上只能壓制部分區域，在方位向上干擾區域與無干擾區域界線清晰的現象，在闡述虛假目標產生原理的基礎上，從虛假目標成像位置、虛假目標成像質量兩個方面，分析了干擾機布站位置對合成孔徑雷達相干干擾效果的影響，找出了上述現象產生的原因并提出組網干擾策略。

關鍵詞：合成孔徑雷達；相干干擾；干擾機布站位置；虛假目標成像位置；虛假目標成像質量

0引言

SAR在軍事領域的應用越來越重要，關于它的電子干擾與抗干擾已成為研究領域的熱點[1-4]。根據干擾樣式的不同，可以把對SAR的干擾方式分為非相干干擾、相干干擾、部分相干干擾和無源干擾等。不同的干擾方式產生的干擾效果不同，有不同的適應性。針對SAR相干干擾時出現的干擾壓制區域在距離向只能壓制部分區域，且干擾區域與無干擾區域界線清晰的現象，通過分析相干干擾的原理和干擾出現的時間和效果，初步判斷干擾機布站位置是導致這種現象的主要原因。本文首先分析了虛假目標產生的原理，然后從虛假目標成像位置、成像質量兩個方面，來分析干擾機布站位置對SAR相干干擾效果的影響，進而找出以上現象的原因并提出相應的策略。

1相干干擾原理

相干干擾是指在SAR波束照射中，干擾機對接收到的雷達信號進行相干處理，產生虛假目標的干擾信號并將該信號轉發給雷達[5]。該信號經一般成像處理后，在SAR圖像中產生虛假目標。

經過連續轉發后，可在距離、方位向形成多假目標，形成壓制干擾效果。

首先建立機載SAR干擾場景示意圖如圖1所示。SAR平臺沿平行于Y軸方向運動，正側視工作模式。

圖1　SAR點目標欺騙干擾場景示意圖

雷達接收的上述點目標的基頻信號可以描述為：

(1)

式中，ar(·)、aa(·)分別表示雷達線性調頻信號的距離窗函數和方位窗函數，由于只對信號幅度強度產生影響，可作為常數處理，記為σT，上式可寫為：

(2)

干擾機接收到的基頻信號形式為：

(3)

由于干擾機與虛假點目標位置不同，根據SAR成像原理，位置不同的目標在回波信號的時延、多普勒頻率、多普勒調頻斜率等方面有所不同，因此，對干擾機接收到的信號進行適當調制，使干擾信號與虛假點目標具有相同的上述信號特征參數，就能保證在指定位置產生虛假點目標。

2虛假目標成像位置分析

根據上文的分析，回波信號由延遲時間τ0、多普勒頻率fd0和多普勒調頻率KA03個參數來確定。這3個參數都與距離向位置有關，而多普勒頻率還與方位向位置有關。當擬生成的虛假點目標位置確定后，通過計算其虛假點目標與干擾機位置差造成的附加時延、附加多普勒頻移和附加調頻率，并對干擾機接收到的信號做相干調制，就可以在干擾機處產生虛假點目標回波信號。

(4)

圖2　干擾機I與虛假目標J的關系

顯然，這3個附加參數僅與干擾機與虛假點目標的位置有關。這是干擾機工作過程的時域描述。

虛假點目標距離向位置分析。當虛假信號在當前PRT內返回雷達接收機并且與雷達信號特征參數相同的情況下，對于物理可實現系統，要求式(4)中的Δτji>0，即Rj>Ri或yj>yi。這個條件限制了虛假目標在距離向的成像位置：虛假目標只能出現在比干擾機距離向坐標更遠的區域。

虛假點目標方位向位置分析。以正側視條帶SAR為例，載機飛行方位向多普勒帶寬Bd=2v/D。對于轉發式干擾機，它在雷達測繪帶內等效于一個目標。假設干擾機處多普勒頻率為fdi，虛假目標處多普勒頻率為fdj，則下式需要滿足：

(5)

將式(4)中的第2項Δfdji帶入式(5)，經化簡可得：

(6)

這給出了虛假目標在方位向的位置限制，即虛假目標在方位向位置的最大范圍。當干擾機位置確定后，它是虛假目標到雷達航跡斜距Rj的線性函數。

圖3　虛假目標最大出現范圍

3虛假目標成像質量分析

如圖4所示，雷達以速度v飛行在航跡平臺。假設在干擾機的同一距離線上，且方位向坐標與干擾機I前后分別相差Δxa與Δxc處存在兩個虛假點目標A和C；與干擾機I在同一距離線，且距離向坐標相差Δy處存在虛假點目標B。下面分析干擾機I對這3個虛假目標的成像能力。

圖4　虛假目標的有效合成孔徑長度

目標A的合成孔徑起始位置出現在t1時刻。但對于轉發式欺騙干擾機，此時它還無法捕獲雷達的發射信號，因而也不能生成虛假目標回波。只有在t2時刻，干擾機才開始接收雷達信號，并開始產生目標A的虛假回波。而在t3時刻，完成對目標A一個合成孔徑內回波的接收。這就表明，虛假目標A的有效合成孔徑長度不再是一個完整的LsI，而是由時刻t2到t3所對應的距離LsI-Δxa。同樣的分析，對位于干擾機后的目標C，它的有效合成孔徑長度為LsI-Δxc。

由此可見，虛假目標在方位向上離干擾機越遠，其有效合成孔徑長度越短。定義等效合成孔徑長度比為：

(7)

對于目標B，由于它與干擾機I具有相同的方位向坐標，它的有效合成孔徑長度就等于干擾機處的一個完整合成孔徑長度LsI。它的等效合成孔徑長度比為：

(8)

式中，y表示虛假目標B的距離向坐標。

圖5反映了虛假目標在方位向與距離向出現的位置與合成孔徑長度比的關系?？梢钥闯觯摷倌繕嗽趦蓚€方向上距離干擾機越遠，其等效合成孔徑長度缺失的百分比也越大。

圖5　虛假目標位置與等效合成孔徑長度比

合成孔徑長度的損失導致方位向信號在時域和頻域內都不完整。這將導致方位向匹配濾波時，脈壓主瓣峰值降低，主瓣展寬，分辨率下降。

(9)

由此可見，方位向分辨率與參數α成式(9)所描述的反比關系；而脈壓的主瓣峰值與參數α呈正比關系，如圖6所示。

圖6　分辨率和主瓣峰值與等效合成孔徑長度比的關系

為驗證上述分析，分別進行干擾機位于(20，100)和(20，40)處的欺騙干擾仿真實驗，成像平面為(XOY)面，其中X軸表示距離向，Y軸表示方位向；雷達平行于Y軸運動，參數設置參照訓練條件，見表1。

真實目標：(Xt,Yt)z=(20,20)；散射強度σ=1.5。

表1距離多普勒算法仿真參數

參數參數值參數參數值脈沖寬度1μs帶寬200MHz中心頻率1.5GHzPRF100Hz合成孔徑長度291.5m平臺速度150m/s飛行高度6000m多普勒調頻斜率-17.15Hz/s方位向波束寬度2°

虛假目標：(Xt,Yt)J=(0,40) (40,80) (60,100)；散射強度σ=1。

由圖7~8可知，在方位向上遠離干擾機的干擾點成像質量將下降，驗證了上文的理論分析。

圖7　干擾機位置在(20，100)時成像圖

圖8　干擾機位置在(20，40)時成像圖

4組網干擾策略

本文研究的相干干擾，保證了干擾機產生的虛假目標回波信號與真實目標回波信號在距離向上具有相同或相似的性質，從而可以獲得一定距離向的壓縮增益。但是在方位向上，離干擾機距離越遠的虛假目標，其等效合成孔徑長度越短，導致成像質量會受到一定影響，這使得試圖產生逼真的虛假目標變得困難。同時考慮到單部干擾機產生的相干干擾區域有限且特征明顯，通過在距離向和方位向優化配置若干個干擾機，采用干擾機組網的方法，可以在SAR圖像中形成逼真的虛假目標,如圖9所示。

圖9　組網干擾時干擾機分布示意圖

5結束語

針對合成孔徑雷達的干擾方法是當前國內外研究的熱點，本文根據合成孔徑雷達的相干干擾在距離向上壓制區域有限、在方位向上難以形成逼真穩定的虛假目標問題，通過分析相干干擾的原理及干擾出現的時間和效果，判明干擾機布站位置是導致這種現象的主要原因，進而從虛假目標成像位置、成像質量兩個方面，分析了干擾機布站位置對合成孔徑雷達相干干擾效果的影響，并在此基礎上提出了組網干擾策略。本文得出的分析結論對更好地發揮合成孔徑雷達干擾系統的效能具有一定的參考意義。■

參考文獻：

[1]趙國慶.雷達對抗原理[M].西安:西安電子科技大學出版社, 1999.

[2]李宏.合成孔徑雷達對抗導論[M].北京：國防工業出版社，2010.

[3]向偉.雙基SAR干擾技術研究[D].成都：電子科技大學, 2011.

[4]葉映宇.合成孔徑雷達干擾方法的研究[D].成都：電子科技大學, 2005.

[5]鄧云凱，鄭遠，胡英輝.合成孔徑雷達轉發式干擾分析[J].電子與信息學報，2010(1)：69-74.

Analysis about the effect of jammer standing position on

synthetic aperture radar coherent jamming

Zhang Song, Chen Yuanzheng, Xia Xingyu

(Electronic Equipment Testing Center of China,Luoyang 471003,Henan,China)

Abstract：The coherent jamming is an effective means to Synthetic Aperture Radar (SAR). SAR coherent jamming can only suppress part of the region in the distance direction, interference and noninterference area boundaries clear phenomenon in the azimuth direction, the effect of jammer position on SAR coherent jamming is analyzed from the imaging position and image quality of false target on the basis of principle of the false target, and the reason of the above phenomenon is find out and the network policy is proposed.

Key words：synthetic aperture radar;coherent jamming;jammer standing position;imaging position of false target;image quality of false target

中圖分類號：TN95

文獻標識碼：A

作者簡介：張頌(1987-)，男，碩士，主要研究方向為網絡對抗。

收稿日期：2015-06-20；2015-11-11修回。