對SAR雷達的成像欺騙干擾技術研究

侯文棟，冀貞海，呂超峰，冷 魁

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

對SAR雷達的成像欺騙干擾技術研究

侯文棟，冀貞海，呂超峰，冷 魁

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

合成孔徑雷達(SAR)是一種高分辨率成像雷達，具有良好的對地偵察探測能力。在電子戰應用中，對SAR的干擾特別是成像欺騙干擾研究具有迫切的現實應用需求。首先建立了針對SAR雷達的成像欺騙干擾模型，根據干擾模型給出了具體的欺騙干擾流程。然后采用成像算法進行了仿真閉環驗證，仿真結果表明了算法模型的有效性。最后，簡單分析了該成像欺騙方法在實際工程實現時要注意的問題。

合成孔徑雷達；成像欺騙干擾；仿真

0 引言

合成孔徑雷達(SAR) 是隨著全息技術、數字處理技術發展起來的一種高分辨率成像雷達。它具有良好的全天候性和透視性，已廣泛用于軍事、民用等領域。SAR雷達的成像處理，可用一個二維脈沖壓縮處理表示，二維處理增益達數十分貝，具有很強的抗干擾能力。因此，對SAR雷達進行有效的電子干擾，特別是成像欺騙干擾是當前研究的重點課題之一。

對SAR雷達實行成像欺騙干擾的目的是要在SAR雷達的圖像中形成虛假目標，由于每一個點對應著一定的反射強度、延時和多普勒頻率，則SAR干擾機必須針對每一個點產生對應的反射強度、延時和多普勒頻率，否則不能形成欺騙目標，達不到欺騙的目的。干擾機實現欺騙干擾是將接收到的SAR信號， 加上不同的幅度、延時和多普勒頻率，然后再發射；或偵察SAR的參數，再產生與SAR回波信號相同的有一定的反射強度、延時和多普勒頻率的欺騙干擾信號，用于干擾機發射。

1 工作原理

(1)

如圖1所示，真實散射點的瞬時斜距可以表示為：

(2)

(3)

(4)

雷達接收到的干擾機處的真實散射點回波基帶信號為：

(5)

同理，雷達接收到虛假散射點處的基頻回波信號分別為：

(6)

(7)

干擾機通過電子偵察的方法截獲雷達發射的信號，利用預先生成的欺騙干擾模板對截獲的雷達信號進行干擾調制，生成干擾信號并轉發出去，使之與真實目標的回波信號相互疊加，被雷達接收機接收，從而實現欺騙干擾。

真實散射點與虛假散射點的瞬時斜距差為：

y+(x2+y2)/(2Rs)-xvtm/Rs

(8)

(9)

(10)

令：

(11)

所以欺騙式干擾方程為：

(12)

同理，將式(9)變換到距離頻域：

(13)

令：

(14)

欺騙式干擾的過程也可以表示為：

(15)

2 成像欺騙干擾工作流程

實際工作中，SAR雷達發射寬帶線性調頻信號對地面區域成像。干擾機布置在特定的地點，根據情況實施對固定區域的保護。干擾機接收到雷達發射的直達波信號后，采用數字DRFM的方法將直達波數據存儲下來，同時根據事先規定好的欺騙圖像的模板計算調制系數，將存儲的直達波數據和調制系數進行卷積處理，生成當前脈沖的欺騙調制信號，然后在下一個SAR雷達直達波到來時轉發出去。如此以來，SAR雷達接收到的數據中同時包含了真實地面目標的回波和干擾機轉發的欺騙信號。由于欺騙信號是對雷達信號的延時轉發，因此和地面目標的真實回波是相參的，SAR雷達成像時無法分辨，這會使得SAR雷達的成像疊加上欺騙圖像模板，從而取得有效的欺騙干擾效果。

整個干擾過程的流程圖如圖3所示。

3 成像欺騙干擾仿真分析

仿真條件：SAR雷達載頻fc=9GHz，脈沖寬度TP=10μs，線性調頻信號帶寬BW=500MHz，快時間采樣率Fs=700MHz，PRF=400Hz，天線孔徑D=0.65m，平臺飛行速度V=110m/s，正側視條帶式工作。平臺離地面高度10km，天線斜視角θ=30°。

從圖4可以看出，采用欺騙模板的成像欺騙干擾技術在功能原理上是可行的，由于仿真時采用的欺騙功率基本和回波相當，因此并沒有完全壓制掉地面目標固有的圖像，只是在固有圖像上凸顯了虛假場景的像。而圖5則顯示的是在一幅大的機場圖像上疊加一個小飛機的圖像，從結果來看，小飛機圖像成功地疊加到了機場圖片上，但仿真時由于實施的干擾功率較大，把機場的固有回波給壓制下去了，所以欺騙模板的圖像明顯亮于機場的圖像。從這兩種仿真方式可見，要想達到欺騙的效果，需對欺騙干擾的功率進行控制，功率并非越大越好，一般要在比回波大10dB范圍以內。

4 工程實現要注意的問題

上節從理論層面仿真驗證了成像欺騙干擾的可行性。在工程化實現時，有兩個重要的問題需要考慮：

1)算法的處理延遲時間對成像欺騙效果的影響。

該算法首先是接收到雷達的直達波信號，然后采樣處理，在數字域進行延遲和系數的調制，最后轉發。數字處理導致會有固定的處理延遲，延遲的大小跟系數調制的范圍有直接的關系，如果設計時處理延遲比較大，則可能會超過雷達信號的脈寬，導致轉發出去不能和雷達回波匹配，無法取得欺騙的效果。這種情況下，初步打算將當前脈沖的欺騙調制信號延遲到下一個脈沖直達波到來時轉發，以完成欺騙。

2)如何驗證成像欺騙干擾的有效性。

在實際工程化實現時，如何有效驗證欺騙算法的有效性是一個重要的課題。嚴格地說，需要一臺SAR雷達來產生源脈沖信號，然后將連續的脈沖串發送出來進入欺騙干擾機的接收端，干擾機收到后對信號進行調制并轉發出去。為了閉環驗證最終效果，需要一臺高精度信號采集器，將轉發信號和雷達回波一起接收下來，采用成像算法驗證最終的效果。但實際上，這些條件很難同時滿足，因此如何進行簡單有效的閉環驗證，還需要深入研究。

5 結束語

本文介紹了針對SAR雷達進行成像欺騙的基本原理，基于成像的幾何模型建立了欺騙信號調制的回波模擬方法。在此基礎上，給出了成像欺騙的具體工作流程，并采用經典RD成像算法閉環仿真驗證了算法的有效性。從仿真結果來看，該方法成功實現了成像欺騙干擾的功能。最后，針對工程化實現，提出了該算法走向應用過程中必須要重點解決的兩個關鍵問題，這也是下一步深入研究的方向?！?/p>

[1] 劉永坦．雷達成像技術[M]．哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1999.

[2] Soumekh M．Synthetic aperture radar signal processing with Matlab algomhms[M]．Joh Wiley&Sons Press．，1999.

[3] 高鑫．地面目標的合成孔徑雷達回波模擬方法研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[4] 王小寧．微波成像的算法研究[D]．西安：西北工業大學，2001.

[5] Sullivan RJ.Microwave radar imaging and advanced concepts[M]．Artech House Boston，2000.

The imaging deception jamming technology to SAR

Hou Wendong，Ji Zhenhai，Lü Chaofeng，Leng Kui

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007,Jiangsu,China)

Synthetic aperture radar (SAR) is a kind of high resolution imaging radar which has excellent detection and reconnaissance of targets on earth. The research on SAR jamming especially imaging deception jamming methods are urgent needed in electronic war. Based on SAR jamming geometry model and radar waveform, the signal model of SAR deception is presented firstly. The work program of SAR deception jamming is proposed also. The simulation result shows that the method is validated through SAR imaging algorithm. Lastly, several problems are simply analyzed when this method is implemented in practical engineering.

synthetic aperture radar;imaging deception jamming;simulation

2016-10-18；2017-01-03修回。

侯文棟(1982-)，男，高工，碩士，主要從事電子對抗研究。

TN972+.3;TN974

A