合成孔徑雷達噪音干擾研討

郭茂偉 彭振偉 李 軍

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合成孔徑雷達噪音干擾研討

郭茂偉 彭振偉 李 軍

61906部隊，河北 廊坊 065001

出于軍事保護目的，需要對高效高精度的合成孔徑雷達技術進行相應的干擾。在對合成孔徑技術進行詳細介紹的基礎上，對噪音干擾技術進行了簡要的討論，希望能夠對合成孔徑雷達技術的發展以及干擾技術的應用提供借鑒。

合成孔徑雷達技術；噪音干擾；應用

合成孔徑雷達，簡稱SAR，是一種全新的雷達成像技術，它是通過控制雷達沿著目標體一致的方向勻速移動，不斷地對目標體發射壓縮脈沖，然后將小孔徑的數據進行相關疊加，從而實現數據的合成，達到對目標體高精度的分辨。由于該技術無需較大的天線，使得雷達尺寸更小，而且能夠穿透植被和地面，克服不利氣候環境條件等對雷達成像的限制，應用效果更好，所以在許多領域都得到了長足的發展。而軍事領域不僅要利用雷達成像技術對敵情進行偵查，還要做好偵查保護工作，這就需要采取有效的措施避開敵方雷達的偵查。

要對合成孔徑雷達進行干擾，首先就需要對其成像原理進行了解，這樣才能對其影響因素進行分析，從而實現更好的干擾[1]。

1 合成孔徑（SAR）技術發展概況

雷達對目標體的分辨率體現在兩個方面，一是與雷達移動方向垂直的方向上的距離分辨能力，一是雷達移動方向上的目標分辨能力。距離分辨率主要受脈沖信號的影響，信號寬度越小，分辨能力越強；而方位分辨率則主要受雷達天線的波束寬度影響，寬度越大，分辨率越高。從分辨率的影響參數來看，減小脈沖信號的寬度，增大雷達天線的尺寸，提高雷達信號的頻率，可以有效地提高雷達對目標的成像能力，但是在實際情況中，受雷達搭載設備的運載能力以及其他因素的限制，不能很好地實現相關參數的優化，這就使得雷達對目標體的分辨率很難從參數上進行提高。這就使得技術人員需要另辟蹊徑，從其他角度來考慮問題，探討在現有條件下，窄脈沖、小天線的雷達信號如何能夠提供高分辨率的成像結果，這也是合成孔徑技術出現的意義。

合成孔徑雷達技術完美地解決了目前的雷達成像技術難題，而且在現有條件下，提高了雷達成像效果，使得測繪精度更高，效果更好[2]。

2 合成孔徑雷達工作原理分析

（1）工作原理。合成孔徑是利用雷達向前運動來產生等效的長天線。雷達每發射一個脈沖，便占據飛行路線上稍遠的一個位置。如果把一副較小的天線指向一側，并將連續脈沖的回波相加，從而合成出一個很長等效線性陣列。工作時，合成孔徑雷達按一定的重復頻率發、收脈沖。發射各相繼脈沖的那些點可以看成是陣列的單元，回波在通過陣列的時間內由各個單元依次接收。接收的回波被距離波門周期性的采樣，進行模數轉換，數據存儲到存儲器中。雷達對接收回波進行積累相加，當積累脈沖的數量滿足要求后，每個距離門中的和值就代表了來自單個距離/方位分辨單元的總回波。所以，一組距離門中的和值就代表了來自測繪區寬度的一行分辨單元的回波。

（2）數據處理成像。早期的合成孔徑雷達技術采用光學技術實現信號的采集與處理，雖然成像效果好，地圖精度高，但是對采集的條件要求極為苛刻，光學設備對振動比較敏感，必須保證雷達的平穩運行，抗干擾能力較差，而且由于數據的采集和處理都是光學照片，所以處理較慢，往往需要雷達將數據返回地面進行處理，極大地增加了數據成像的周期，這對于時效性要求很高的軍事行動而言無疑是非常不利的。

鑒于光學成像的缺陷，目前的雷達成像已經隨技術的發展實現了無線電波的成像，而且計算機能力的加強，使得實時成像成為可能。目前應用較多，也是被廣泛認可的高分辨率實時成像算法包括距離―多普勒算法，簡稱RD算法還有Chirp-Scaling，簡稱CS算法。

RD算法是將不同方向的脈沖進行分離壓縮，先進行距離方向脈沖的壓縮與距離徙動的校正，再進行方位方向脈沖的壓縮與校正，由于不同方向信號互不干擾，所以信號計算量很小，而且算法簡單，使得數據處理成像速度很快，精度也能得到保證。但是該算法在距離彎曲較大時，速度方向與方位方向的脈沖會發生耦合，兩個方向的脈沖會互相影響，這樣就無法將兩個方向的數據進行單獨分離計算，使得成像效果較差，結果也不夠真實可靠。而目前的成像系統已經發展到毫米級別，距離彎曲的程度能夠得到很好的保證，這就使得RD算法的缺陷可以得到很好的控制，實現高精度的真實的數據成像。

而CS算法是將雷達的二維運動，通過相位因子將距離徙動校正到一維，由于實現了對數據相位的考慮，避免了成像的失真，成像結果更加真實可靠，但是與RD算法相比，該算法更為復雜，計算過程也較慢，如果對目標分辨率有著高精度的需求時，可以采用該方法[3]。

3 干擾功率的計算

合成孔徑雷達對目標體的有效識別，是利用目標體與周圍物體對無線電波的散射能力差別來區分的，反映到成像結果上就是圖像的灰度，所以判斷成像結果優劣的標準就是目標與周圍環境之間的灰度差別是否明顯。

灰度與信號的功率線性相關，回波的功率越強，則灰度差別越大。而噪音則會對散射波進行干擾，對 回波功率造成影響，使得實際接收到的信號不僅包含有效信號，還包含大量無意義的噪音，回波功率的起伏變化，使得目標體與周圍物體之間的灰度差別減弱，從而使雷達成像出錯的概率增加。

以下首先給出雷達回波和噪音的統計特性。

4 噪音干擾下的圖像特征檢測

干擾噪音與有效信號具有相同的物理性質，都可以分為兩個方向的分量，分量幅度的特征又都滿足正態隨機分布，信號功率都滿足指數規律，所以，可以通過施加干擾噪音的方式，對有效信號進行干擾，改變其功率的統計平均值。如果噪音干擾足夠大，或者與有效信號功率足夠近似，則會使相鄰單元的功率統計平均值接近，這樣就使得雷達的成像分辨能力大幅降低，無法有效地對目標體進行區分。從功率的概率密度函數公式來看，假設兩個相鄰單元的有效回波功率分別為1和2，對雷達信號施加同樣的干擾信號，則施加噪音干擾之后的信號平均功率為1（）和2（），干擾信號功率越大，對信號的功率影響越大，雷達分辨能力也就越弱。

5 結語

合成孔徑雷達是一種抗干擾能力較強的新體制雷達。要實現對其有效的干擾，就必須增加干擾系統對雷達信號特征和信號處理環節的了解程度，這勢必增加了干擾設備的復雜度，使其比較難以實現。

[1]張磊，曾大治，王惠，等.合成孔徑雷達干擾機有效保護區范圍動態計算模型研究[J].信號處理，2013，29（11）：1584-1589.

[2]花漢兵，王建新，劉光祖，等.寬帶逆合成孔徑雷達欺騙干擾技術研究[J].南京理工大學學報，2014，38（5）：615-619.

[3]王秀錦，盛驥松.成像雷達干擾機效能驗證平臺的設計與實現[J].艦船電子對抗，2014，37（5）：51-54.

Synthetic aperture radar noise interference seminars

Guo Maowei Peng Zhenwei Li Jun

61906 troops, Hebei Langfang 065001

Synthetic aperture radar applications of modern technology as a more advanced technology, because of its high strength efficiency is widely used in aviation, aerospace, the following synthetic aperture radar noise interference explore research, synthetic aperture radar the application of technology to provide suggestions.

synthetic aperture radar technology; noise; applications

TN958

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1009-6434（2016）08-0134-02