張　頌，陳遠(yuǎn)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(jī)布站位置對合成孔徑雷達(dá)相干干擾效果的影響分析

張頌，陳遠(yuǎn)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(dá)的一種有效干擾手段。針對合成孔徑雷達(dá)相干干擾在距離向上只能壓制部分區(qū)域，在方位向上干擾區(qū)域與無干擾區(qū)域界線清晰的現(xiàn)象，在闡述虛假目標(biāo)產(chǎn)生原理的基礎(chǔ)上，從虛假目標(biāo)成像位置、虛假目標(biāo)成像質(zhì)量兩個方面，分析了干擾機(jī)布站位置對合成孔徑雷達(dá)相干干擾效果的影響，找出了上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并提出組網(wǎng)干擾策略。

關(guān)鍵詞：合成孔徑雷達(dá)；相干干擾；干擾機(jī)布站位置；虛假目標(biāo)成像位置；虛假目標(biāo)成像質(zhì)量

0引言

SAR在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越重要，關(guān)于它的電子干擾與抗干擾已成為研究領(lǐng)域的熱點[1-4]。根據(jù)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(chǎn)生的干擾效果不同，有不同的適應(yīng)性。針對SAR相干干擾時出現(xiàn)的干擾壓制區(qū)域在距離向只能壓制部分區(qū)域，且干擾區(qū)域與無干擾區(qū)域界線清晰的現(xiàn)象，通過分析相干干擾的原理和干擾出現(xiàn)的時間和效果，初步判斷干擾機(jī)布站位置是導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因。本文首先分析了虛假目標(biāo)產(chǎn)生的原理，然后從虛假目標(biāo)成像位置、成像質(zhì)量兩個方面，來分析干擾機(jī)布站位置對SAR相干干擾效果的影響，進(jìn)而找出以上現(xiàn)象的原因并提出相應(yīng)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(jī)對接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行相干處理，產(chǎn)生虛假目標(biāo)的干擾信號并將該信號轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)[5]。該信號經(jīng)一般成像處理后，在SAR圖像中產(chǎn)生虛假目標(biāo)。

經(jīng)過連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)后，可在距離、方位向形成多假目標(biāo)，形成壓制干擾效果。

首先建立機(jī)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(yùn)動，正側(cè)視工作模式。

圖1　SAR點目標(biāo)欺騙干擾場景示意圖

雷達(dá)接收的上述點目標(biāo)的基頻信號可以描述為：

(1)

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

(2)

干擾機(jī)接收到的基頻信號形式為：

(3)

由于干擾機(jī)與虛假點目標(biāo)位置不同，根據(jù)SAR成像原理，位置不同的目標(biāo)在回波信號的時延、多普勒頻率、多普勒調(diào)頻斜率等方面有所不同，因此，對干擾機(jī)接收到的信號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)制，使干擾信號與虛假點目標(biāo)具有相同的上述信號特征參數(shù)，就能保證在指定位置產(chǎn)生虛假點目標(biāo)。

2虛假目標(biāo)成像位置分析

根據(jù)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(diào)頻率KA03個參數(shù)來確定。這3個參數(shù)都與距離向位置有關(guān)，而多普勒頻率還與方位向位置有關(guān)。當(dāng)擬生成的虛假點目標(biāo)位置確定后，通過計算其虛假點目標(biāo)與干擾機(jī)位置差造成的附加時延、附加多普勒頻移和附加調(diào)頻率，并對干擾機(jī)接收到的信號做相干調(diào)制，就可以在干擾機(jī)處產(chǎn)生虛假點目標(biāo)回波信號。

(4)

圖2　干擾機(jī)I與虛假目標(biāo)J的關(guān)系

顯然，這3個附加參數(shù)僅與干擾機(jī)與虛假點目標(biāo)的位置有關(guān)。這是干擾機(jī)工作過程的時域描述。

虛假點目標(biāo)距離向位置分析。當(dāng)虛假信號在當(dāng)前PRT內(nèi)返回雷達(dá)接收機(jī)并且與雷達(dá)信號特征參數(shù)相同的情況下，對于物理可實現(xiàn)系統(tǒng)，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(biāo)在距離向的成像位置：虛假目標(biāo)只能出現(xiàn)在比干擾機(jī)距離向坐標(biāo)更遠(yuǎn)的區(qū)域。

虛假點目標(biāo)方位向位置分析。以正側(cè)視條帶SAR為例，載機(jī)飛行方位向多普勒帶寬Bd=2v/D。對于轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)，它在雷達(dá)測繪帶內(nèi)等效于一個目標(biāo)。假設(shè)干擾機(jī)處多普勒頻率為fdi，虛假目標(biāo)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(jīng)化簡可得：

(6)

這給出了虛假目標(biāo)在方位向的位置限制，即虛假目標(biāo)在方位向位置的最大范圍。當(dāng)干擾機(jī)位置確定后，它是虛假目標(biāo)到雷達(dá)航跡斜距Rj的線性函數(shù)。

圖3　虛假目標(biāo)最大出現(xiàn)范圍

3虛假目標(biāo)成像質(zhì)量分析

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

圖4　虛假目標(biāo)的有效合成孔徑長度

目標(biāo)A的合成孔徑起始位置出現(xiàn)在t1時刻。但對于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾機(jī)，此時它還無法捕獲雷達(dá)的發(fā)射信號，因而也不能生成虛假目標(biāo)回波。只有在t2時刻，干擾機(jī)才開始接收雷達(dá)信號，并開始產(chǎn)生目標(biāo)A的虛假回波。而在t3時刻，完成對目標(biāo)A一個合成孔徑內(nèi)回波的接收。這就表明，虛假目標(biāo)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(yīng)的距離LsI-Δxa。同樣的分析，對位于干擾機(jī)后的目標(biāo)C，它的有效合成孔徑長度為LsI-Δxc。

由此可見，虛假目標(biāo)在方位向上離干擾機(jī)越遠(yuǎn)，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(biāo)B，由于它與干擾機(jī)I具有相同的方位向坐標(biāo)，它的有效合成孔徑長度就等于干擾機(jī)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(biāo)B的距離向坐標(biāo)。

圖5反映了虛假目標(biāo)在方位向與距離向出現(xiàn)的位置與合成孔徑長度比的關(guān)系?？梢钥闯?，虛假目標(biāo)在兩個方向上距離干擾機(jī)越遠(yuǎn)，其等效合成孔徑長度缺失的百分比也越大。

圖5　虛假目標(biāo)位置與等效合成孔徑長度比

合成孔徑長度的損失導(dǎo)致方位向信號在時域和頻域內(nèi)都不完整。這將導(dǎo)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(shù)α成式(9)所描述的反比關(guān)系；而脈壓的主瓣峰值與參數(shù)α呈正比關(guān)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(guān)系

為驗證上述分析，分別進(jìn)行干擾機(jī)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(dá)平行于Y軸運(yùn)動，參數(shù)設(shè)置參照訓(xùn)練條件，見表1。

真實目標(biāo)：(Xt,Yt)z=(20,20)；散射強(qiáng)度σ=1.5。

表1距離多普勒算法仿真參數(shù)

參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)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(diào)頻斜率-17.15Hz/s方位向波束寬度2°

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

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

圖7　干擾機(jī)位置在(20，100)時成像圖

圖8　干擾機(jī)位置在(20，40)時成像圖

4組網(wǎng)干擾策略

本文研究的相干干擾，保證了干擾機(jī)產(chǎn)生的虛假目標(biāo)回波信號與真實目標(biāo)回波信號在距離向上具有相同或相似的性質(zhì)，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(jī)距離越遠(yuǎn)的虛假目標(biāo)，其等效合成孔徑長度越短，導(dǎo)致成像質(zhì)量會受到一定影響，這使得試圖產(chǎn)生逼真的虛假目標(biāo)變得困難。同時考慮到單部干擾機(jī)產(chǎn)生的相干干擾區(qū)域有限且特征明顯，通過在距離向和方位向優(yōu)化配置若干個干擾機(jī)，采用干擾機(jī)組網(wǎng)的方法，可以在SAR圖像中形成逼真的虛假目標(biāo),如圖9所示。

圖9　組網(wǎng)干擾時干擾機(jī)分布示意圖

5結(jié)束語

針對合成孔徑雷達(dá)的干擾方法是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點，本文根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的相干干擾在距離向上壓制區(qū)域有限、在方位向上難以形成逼真穩(wěn)定的虛假目標(biāo)問題，通過分析相干干擾的原理及干擾出現(xiàn)的時間和效果，判明干擾機(jī)布站位置是導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因，進(jìn)而從虛假目標(biāo)成像位置、成像質(zhì)量兩個方面，分析了干擾機(jī)布站位置對合成孔徑雷達(dá)相干干擾效果的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了組網(wǎng)干擾策略。本文得出的分析結(jié)論對更好地發(fā)揮合成孔徑雷達(dá)干擾系統(tǒng)的效能具有一定的參考意義?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]趙國慶.雷達(dá)對抗原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 1999.

[2]李宏.合成孔徑雷達(dá)對抗導(dǎo)論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[3]向偉.雙基SAR干擾技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué), 2011.

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

[5]鄧云凱，鄭遠(yuǎn)，胡英輝.合成孔徑雷達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)式干擾分析[J].電子與信息學(xué)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(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：張頌(1987-)，男，碩士，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)對抗。

收稿日期：2015-06-20；2015-11-11修回。