一種對SAR-GMTI的密集假目標干擾技術

降佳偉，吳彥鴻，王宏艷，陳劍彪

(裝備學院，北京101416)

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一種對SAR-GMTI的密集假目標干擾技術

降佳偉，吳彥鴻，王宏艷，陳劍彪

(裝備學院，北京101416)

摘要：針對合成孔徑雷達-地面運動目標指示(SAR-GMTI)的快速發展，有效的干擾措施將是對抗SAR-GMTI的關鍵。虛假運動目標干擾能夠產生逼真的虛假目標，但產生的虛假目標數量有限；噪聲卷積干擾能夠獲得雷達匹配的處理增益，并且能夠產生壓制式的干擾效果。結合2種干擾特性，提出一種對SAR-GMTI的噪聲卷積密集假目標干擾技術，該干擾技術能夠產生大量的虛假運動目標，并且兼具欺騙式和壓制式干擾效果。計算機仿真表明了該技術的有效性。

關鍵詞：合成孔徑雷達-地面運動目標指示；虛假運動目標；噪聲卷積干擾；密集假目標

0引言

針對合成孔徑雷達-地面運動目標指示(SAR-GMTI)技術的快速發展給我方地面運動目標帶來了巨大的威脅，需要對其進行有效的干擾，產生虛假目標迷惑敵方，降低對方獲取信息的速度，或者降低運動目標指示的精度與準確度，甚至使之無法檢測運動目標。

傳統的針對SAR的虛假目標干擾由于不具備運動信息，在干擾SAR-GMTI時，會被GMTI技術通過對消等手段加以濾除，難以產生有效的欺騙式干擾效果。鑒于此，研究人員提出了運動調制干擾[1]，該干擾技術通過對接收到的雷達信號調制不同的運動信息使之能夠對SAR-GMTI產生欺騙式的干擾效果。但運動調制干擾產生的目標數通常較少，不能對目標點形成壓制式的干擾效果。噪聲干擾可以對成像雷達產生壓制式的干擾效果，但需要相當高的功率才能達到有效的干擾。

鑒于此，本文提出一種基于噪聲卷積調制的密集假目標干擾，通過對虛假運動目標進行噪聲卷積調制生成大量的虛假運動目標，達到對SAR-GMTI的兼具欺騙式和壓制式的干擾效果。

本文首先從回波特性入手，利用運動目標的回波特性對虛假運動目標干擾進行建模，然后介紹了噪聲卷積調制方法，隨后對密集假目標干擾技術進行分析，最后進行計算機仿真驗證。

1虛假運動目標干擾

運動目標在SAR圖像中會呈現移位、散焦等現象，這與雷達回波存在失配有關系。通過對雷達信號進行分析，可以獲得運動目標在SAR回波中的特性，由運動目標特性可以對接收到的雷達信號進行運動信息的調制，從而獲得具有運動信息的干擾信號，并儲存為干擾模板。

為了獲得運動目標在SAR回波中的特性，首先對運動目標的回波進行分析。

設SAR發射線性調頻信號，照射到目標后的回波經過去載頻處理，為了計算方便，將反射強度等信息進行歸一處理，并且不考慮包絡函數，結果如下：

(1)

式中：tf為距離向快時間；ts為方位向慢時間；f0為載頻；τ為目標回波的延遲；kr為調頻率。

可以看出，目標信息包含在回波延遲τ中，τ進一步可以表示為：

(2)

(3)

式中：R(ts)為雷達與目標的瞬時斜距；Δx(ts)、Δy(ts)、Δz(ts)分別為某一慢時間時刻雷達與目標在立體空間中的3個維度的距離，包含了目標及雷達的運動信息。

這里以最為常見的勻速運動為例，瞬時斜距經過邁克勞林公式展開后為[2]：

(4)

而靜止目標的瞬時斜距展開后為：

(5)

可以看出，目標的運動信息包含在瞬時距離信息中，而瞬時距離信息包含在目標回波的相位中，并且經過匹配濾波處理后，主要在方位向影響成像結果[3]。由此可知，對于接收到的雷達信號，只需要在方位向進行調制就可以得到具有運動信息的干擾信號。由式(4)減去式(5)可得勻速運動目標相比于靜止目標增加的與目標運動速度有關的信息，進而可以得到需要調制的相位信息，于是，經整理可得勻速運動虛假目標調制模板為：

s勻速(tf,ts)=s靜止(tf,ts)·

(6)

勻加速運動[4]、微動運動[5]等其他運動形式可仿照上述過程進行調制，此處不再贅述。

2噪聲卷積調制干擾

噪聲卷積調制就是將接收到的雷達信號與噪聲信號進行卷積調制[6]。噪聲卷積調制公式如下：

(7)

式中：f噪聲(tf,ts)為與雷達信號進行卷積的噪聲信號，本文選擇的噪聲為高斯白噪聲。

由上式可知，卷積干擾包含雷達信息，因此在匹配濾波時能夠與雷達信號部分匹配，獲得部分雷達匹配處理增益。

(8)

式中：c(t)為目標響應函數。

由上式可知，卷積干擾的干擾效果由噪聲卷積調制干擾中的噪聲信號決定，因此，噪聲卷積調制干擾具有類似于噪聲的壓制式干擾效果。

文獻[8]分析了對一維線性調頻(LFM)信號的卷積干擾功率增益：

(9)

式中：Lr為噪聲時長；Tp為信號時寬；Br為信號帶寬。

由上式可知，卷積干擾在對LFM信號干擾后，可以獲得功率增益，且功率增益同干擾信號長度相關。

而SAR信號處理可以近似為2個方向分別對LFM信號進行匹配濾波處理，因為二維噪聲卷積調制干擾在2個維度上都可以獲得功率增益，根據式(9)可以推導出SAR信號處理中噪聲卷積調制干擾的功率增益為：

(10)

式中：La為噪聲卷積干擾在方位向的時長；TSAR為合成孔徑時間；Ba為等效的多普勒帶寬。

可以看出，噪聲卷積調制干擾的功率增益K>1，而一般噪聲干擾由于不包含雷達信息，所以K=1。因此，噪聲卷積調制干擾可以有效降低對干擾功率的需求，并且隨著干擾信號時長的減小，增益將會變大?？梢赃@樣理解，當干擾信號時長非常長時，相當于傳統的噪聲干擾，K≈1；而當干擾信號的時長非常短時，近似為一個沖擊函數，那么雷達信號與之卷積的結果將相當于雷達信號自身，而雷達信號可以獲得的功率增益是非常高的，根據雷達的不同，一般都在104～107量級。

需要注意的是：由于信號處理為無源系統，因此能量守恒；由于存在增益，使得能量聚集性增強，干擾會在某一區域內增強，相應地干擾區域會減少，不過干擾區域減小的代價是可承受的。

3密集假目標干擾

由前文推導可知：虛假運動目標干擾可以產生逼真的具有期望的運動特性的干擾；而噪聲卷積調制干擾可以產生良好的壓制式效果，并且能夠獲得雷達的部分匹配處理增益。鑒于此，本文提出一種對SAR-GMTI的密集假目標干擾技術。

根據前文的虛假運動目標干擾的生成過程與噪聲卷積干擾生成過程，可以得出密集假目標干擾的生成過程如下：

(1) 首先將接收到的雷達信號進行運動信息調制，生成具有運動特性的虛假運動目標干擾模板。

(2) 對噪聲首先做預處理，即設置一個門限，高于此門限值的噪聲點保留，而低于此門限值的噪聲點置零。此步驟的目的是將幅度較小的噪聲點剔除，從而保留幅度較大的點，在與運動調制干擾模板進行卷積的時候，可以將干擾功率有效聚集在幅度較大的點上，使產生的虛假運動目標幅度與真實目標相當，并且進一步降低了對干擾功率的要求。

(3) 將經過處理后的噪聲與生成好的虛假運動目標干擾模板進行卷積，再經過功率放大并轉發出去。經過上述干擾生成過程可得干擾公式如下：

Jd(tf,ts)=su(tf,ts)?

[fn(tf,ts)*g(tf,ts)]

(11)

由式(8)可知，該干擾進入雷達系統，經過雷達信號處理后為：

(12)

式中：cu(tf,ts)為勻速運動虛假目標模板的目標特性信息，包含了反射強度、運動參數等信息。

從式(12)可以看出，該密集假目標干擾技術正是將2種干擾技術有機地結合使用，fn(tf,ts)*g(tf,ts)部分利用噪聲卷積技術產生大量的虛假目標。由噪聲篩選函數可知，門限a的選擇會影響噪聲點的數量，由式(10)的分析可知，噪聲函數時長的選擇也會影響增益的大小，cu(tf,ts)部分賦予虛假目標干擾以運動特性，由此可知，該干擾兼具欺騙式的干擾效果和壓制式干擾效果，能夠獲得雷達的匹配處理增益，具有隨機的位置與幅度信息，使干擾更具迷惑性，并且通過靈活選擇噪聲篩選門限a和噪聲時長可以獲得不同的干擾效果。

下文將對基于噪聲卷積調制的密集假目標干擾技術進行計算仿真，驗證上文得到的結論。

4仿真驗證

在進行仿真驗證之前，首先對雷達參數進行設置，雷達參數設置如表1所示。本文采用雙通道SAR-GMTI技術[3]進行干擾效果驗證。

表1　雷達參數設置

4.1虛假運動目標干擾仿真

首先設置2個真實點目標：一個為靜止點目標；另一個為運動點目標。2個目標的參數如表2所示。根據虛假運動目標干擾的生成原理可知，接收到的雷達信號一般不包含運動信息，即可以認為接收到的雷達信號如果不做調制而轉發出去，生成的是靜止虛假點目標。

表2　運動目標參數設置

圖1(a)為虛假運動目標干擾被對消前的干擾效果，即一個通道接收到的信息進行的成像，此圖也可以理解為運動調制干擾對SAR的干擾效果圖。從圖中可以看出虛假運動目標干擾可以對SAR產生欺騙式的干擾效果。圖1(b)為圖1(a)干擾效果的三維圖，此圖可以反映干擾幅度的相對關系，可以看出，運動調制干擾在低干信比條件下可以產生與真實點目標功率近似的虛假點目標，增強欺騙式干擾的可信性。圖1(c)為虛假運動目標干擾經過SAR-GMTI處理后的干擾效果，從圖中可以看出靜止點目標被完全消除，真實運動點目標能量對消不多，虛假運動點目標部分對消，但是還保留了一部分能量，還可以對SAR-GMTI產生欺騙式的干擾效果。

圖1　勻速運動調制干擾

4.2噪聲卷積調制干擾仿真

圖2(a)為噪聲卷積調制干擾對消前的干擾效果圖，從圖中可以看出噪聲卷積調制干擾可以產生壓制式的干擾效果。圖2(b)為圖2(a)干擾效果的三維圖，此圖可以反映干擾幅度的相對關系?？梢钥闯?，噪聲卷積干擾在較高干信比條件下可以類似噪聲的干擾效果，能夠覆蓋需要保護的區域，并且通過提高噪聲卷積干擾的功率能夠增強噪聲卷積干擾的干擾效果。圖2(c)為噪聲卷積干擾對SAR-GMTI的干擾效果，從圖中可以看出靜止點目標被完全對消，噪聲卷積調制干擾無法對消，可以對SAR-GMTI產生有效的壓制式干擾效果。

圖2　噪聲卷積干擾

4.3密集假目標仿真

圖3為本文提出的密集假目標干擾對SAR-GMTI的干擾效果圖，從圖中可以看出，利用本文提出的方法能夠產生大量的虛假運動目標干擾，并對某一區域產生兼具欺騙式和壓制式的干擾效果，能夠有效干擾SAR-GMTI。

圖3　密集假目標干擾

圖3(b)為密集假目標干擾的三維圖，與圖2(c)進行直觀對比可看出，在干擾區域相同、干信比相同時，密集假目標干擾的幅度明顯高于噪聲卷積調制干擾，說明密集假目標干擾相對于噪聲卷積調制干擾在干擾功率方面的優勢，與前文結論相一致。

(1) 不同噪聲時長

表3所示為噪聲卷積調制干擾中的噪聲信號與雷達信號在距離向以及方位向上時長的比值。為了便于比較，將距離向與方位向倍數設為一致。

圖4為噪聲信號長度為信號長度的0.2、0.5、0.8和1.2倍時對SAR-GMTI的干擾效果圖。

從上述圖中可以看出，隨著干擾信號長度的減小，干擾區域在減小，但干擾信號幅度卻在增長，即干擾獲得的增益在增長，這與前文的結論相一致。

(2) 不同噪聲篩選門限

本文對高斯白噪聲和處理前的雷達回波進行了功率歸一化處理，即高斯白噪聲平均功率為1，處理前的雷達回波平均功率也為1。表4所示為卷積信號的門限值選擇(歸一值)。

表4　噪聲門限

如圖5(a)～(h)所示，選擇不同的門限值能夠產生不同的干擾效果，并且干擾點位置為隨機點。當門限值較低時，保留的噪聲點較多，產生的密集假目標點較多，干擾功率分布于這些假目標點，每個目標點的平均功率較低，所以產生的虛假目標點幅度較低。但同時，由于虛假目標點較多，能夠造成良好的壓制式效果，欺騙式干擾效果不是很明顯。反之，當門限值較高時，保留的噪聲點較少，產生的密集假目標點較少，每個目標點的平均功率較高，所以產生的虛假目標點幅度較高，能夠產生良好的欺騙式干擾效果，但壓制效果不明顯。

圖5　卷積信號不同門限值時的密集假目標干擾對SAR-GMTI的干擾效果

5結束語

SAR-GMTI的快速發展，也要求干擾技術必須發展。單一的欺騙式干擾或者壓制式干擾在未來電子對抗中顯得比較單薄，難以滿足需要，因此兼具欺騙式和壓制式干擾效果的干擾技術將是未來SAR-GMTI干擾技術的主流。

本文基于虛假運動目標干擾和噪聲卷積調制干擾的特點，提出了一種對SAR-GMTI的密集假目標干擾技術，該密集假目標干擾通過選取不同的噪聲時長以及噪聲篩選門限值可以產生不同的密集假目標干擾效果，具有一定的靈活性，并且兼具欺騙式與壓制式干擾效果，通過理論分析以及計算機仿真，表明本文提出的密集假目標干擾是一種有效的SAR-GMTI干擾技術。

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A Dense False Target Jamming Technique against SAR-GMTI

JIANG Jia-wei，WU Yan-hong，WANG Hong-yan，CHEN Jian-biao

(Equipment Academy,Beijing 101416,China)

Abstract:Aiming at the rapid development of synthetic aperture radar-ground moving-target indication (SAR-GMTI),effective jamming countermeasure will be the key against SAR-GMTI.False moving target jamming can generate realistic false targets,but the false target number is limited;noise convolution jamming can obtain suited radar processing gain,and can generate the suppression jamming effect.Combining with two kinds of jamming specialities,this paper proposes a kind of noise convolution dense false targets jamming technique against SAR-GMTI.The jamming technique can generate a large number of false moving targets,has deceptive jamming effect and suppression jamming effect.Computer simulation verifies the validity of the technique.

Keywords:synthetic aperture radar-ground moving-target indication；false moving target；noise convolution jamming；dense false targets

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.01.002

中圖分類號：TN972.3

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2016)01-0009-06

收稿日期:2015-09-17