基于散射點模型的ISAR干擾技術(shù)研究

張宏偉，俞靜一，何 芳

(1.中國洛陽電子裝備試驗中心， 河南洛陽471003)

(2.信息綜合控制國家重點實驗室， 成都610036)

0 引言

對逆合成孔徑雷達［1］(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)的干擾技術(shù)是雷達對抗技術(shù)發(fā)展的一個新興領(lǐng)域，從干擾效果上對ISAR的干擾可以分為壓制干擾和欺騙干擾兩種。通常，為達到對ISAR的壓制性干擾效果［2-3］，需要較大功率的噪聲干擾信號來壓制ISAR的寬帶系統(tǒng)或窄帶系統(tǒng)。這在彈載應(yīng)用模式下，通常是難以實現(xiàn)的。

文獻［4-5］提出了移頻干擾在成像雷達干擾中的應(yīng)用，指出了采用移頻的方式可形成點狀干擾、線狀干擾和壓制干擾，由于ISAR距離分辨率較高，需要精確估計相鄰重復(fù)周期目標(biāo)相對于雷達的距離變化，通常難以實現(xiàn)。文獻［6-7］研究了基于數(shù)字圖像合成的欺騙干擾產(chǎn)生方法，該方法需要對雷達信號進行幅度調(diào)制和相位調(diào)制，算法較復(fù)雜，且難以遮蓋真實目標(biāo)。本文提出一種基于散射點模型的方法，通過模擬產(chǎn)生多個散射點的假目標(biāo)干擾信號，這些假目標(biāo)干擾信號各散射點的距離變化規(guī)律與真實目標(biāo)的變化規(guī)律不同，即不同回波間假目標(biāo)的包絡(luò)延時與真實目標(biāo)的包絡(luò)延時不同。在進行運動補償時，由于干擾信號功率大于目標(biāo)回波功率，從而使假目標(biāo)進行了包絡(luò)對齊，而真實目標(biāo)無法實現(xiàn)包絡(luò)對齊，使ISAR無法對目標(biāo)進行成像，最終實現(xiàn)對ISAR成像的壓制干擾效果和欺騙干擾效果，并通過仿真驗證了該種干擾信號對ISAR干擾的有效性。

1 ISAR成像原理

目標(biāo)在相對于ISAR運動時，其運動分量可分為平動分量和轉(zhuǎn)動分量兩個部分，平動對ISAR成像是沒有貢獻的，必須進行平動補償［8］，平動補償是ISAR成像的關(guān)鍵，分為包絡(luò)對齊和初相校正兩個步驟。

設(shè)目標(biāo)有n個散射點組成，其相對于ISAR的初始距離為R0，目標(biāo)運動速度為vm，則目標(biāo)上各散射點的基頻回波可以表示為

ISAR雷達工作時，通常都由窄帶系統(tǒng)為寬帶系統(tǒng)提供開窗采樣位置，此時，式(1)可以變化為

式中:ΔRim=Ri-Rm為第i個散射點第m次回波與開窗位置Rm的距離差。

對式(3)進行脈沖壓縮可以得到目標(biāo)的高分辨距離像(High Resoultion Rage Profile，HRRP)，由于目標(biāo)的運動(vm不為恒定值)不平穩(wěn)和RΔm具有一定的誤差，導(dǎo)致目標(biāo)相鄰回波的HRRP會產(chǎn)生包絡(luò)的隨機徙動(如圖1所示)和相位隨機變化。因此，在ISAR成像時，必須進行包絡(luò)對齊和相位校正，其成像流程如圖2所示。

圖1 一種雷達對運-5飛機的一維距離像

圖2 ISAR成像流程

2 多散射點壓制干擾原理

2.1 干擾信號模型

向ISAR轉(zhuǎn)發(fā)多個與ISAR信號相同的干擾信號，且相鄰重復(fù)周期的干擾信號的延時時間按一定規(guī)律變化，其基頻信號可以表示為

式中:l為干擾信號散射點個數(shù);ΔRjm=Rjm-Rm，Rjm為第j個散射點第m次回波相對于雷達的距離。

此時，ISAR的回波信號為目標(biāo)回波與干擾信號之和，即

對式(4)進行距離壓縮獲得的HRRP包括兩部分，即目標(biāo)的HRRP和干擾信號的HRRP，由于ISAR成像是開窗處理的，因此，干擾信號要想起到干擾效果，就必須保證干擾信號的HRRP位于ISAR成像區(qū)域內(nèi)，即要滿足ΔRjm＜ΔR，其中ΔR為ISAR成像的窗長，這需要通過跨周期轉(zhuǎn)發(fā)的方式或其他方式來實現(xiàn)［9］。

當(dāng)干擾信號的HRRP幅度強于目標(biāo)回波的HRRP幅度，且干擾信號的HRRP變化規(guī)律與目標(biāo)回波的變化規(guī)律不同時，包絡(luò)對齊獲得的距離延時值將與目標(biāo)相鄰兩次回波的延時值有較大的差別，從而破壞了ISAR的包絡(luò)對齊，實現(xiàn)對ISAR成像的干擾。

如圖1所示，目標(biāo)回波信號的HRRP近似為一條有一定寬度的直線，產(chǎn)生一干擾信號，使干擾信號的HRRP為一條有一定寬度的斜線，即可破壞ISAR成像中的包絡(luò)對齊。設(shè)目標(biāo)相對于ISAR的距離為Rm，則需要產(chǎn)生干擾信號

式中:ΔRj為干擾信號間距;ΔR為與干擾信號HRRP傾斜程度有關(guān)的一個距離延盡增量。

2.2 干信比與干擾效果的關(guān)系

以包絡(luò)對齊的互相關(guān)法為例，分析干擾信號散射點個數(shù)與干信比的關(guān)系，設(shè)目標(biāo)相鄰兩次回波的實包絡(luò)分別為p1)和p2)，包絡(luò)延時為τ0，干擾信號的相鄰兩次回波的實包絡(luò)分別為pj1()和pj2()，包絡(luò)延時為τj，則ISAR相鄰兩次回波信號的實包絡(luò)的互相關(guān)函數(shù)可以表示為

分析式(8)可以得出如下結(jié)論:

(1)目標(biāo)回波信號功率越強，則延時估計值越接近于τ0;

(2)干擾回波信號功率越強，則延時估計值越接近于τj;

(3)干擾信號散射點數(shù)越多，且干擾信號散射點數(shù)小于目標(biāo)散射點數(shù)，干擾信號與回波信號的互相關(guān)對延時估計的影響就越大。

以上三種情況，將對應(yīng)三種不同的干擾效果，即:

(1)當(dāng)目標(biāo)回波信號功率較強時，目標(biāo)回波進行了正確的包絡(luò)對齊，干擾效果較差;

(2)當(dāng)干擾回波信號功率較強時，干擾信號進行了正確的包絡(luò)對齊，可實現(xiàn)ISAR成像，目標(biāo)回波無法進行正確的包絡(luò)對齊，無法實現(xiàn)ISAR成像，從而同時達到壓制和欺騙兩干擾效果;

(3)當(dāng)干擾信號散射點較多，得到的延時估計值既不是τ0也不是τj，目標(biāo)回波和干擾回波都無法進行正確的包絡(luò)對齊和ISAR成像，從而達到了壓制干擾效果。

3 仿真分析

3.1 仿真結(jié)果

仿真中采用的ISAR參數(shù)如下:B=500 MHz，pw=200 μs，prt=10 ms，f0=10 GHz，方位采樣點數(shù)為 512，目標(biāo)參數(shù)如下:起始位置為［50 km，50 km，6 km］，目標(biāo)飛行速度［300 m/s，100 m/s，0］，無干擾時的仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 目標(biāo)模型和無干擾時的仿真結(jié)果

干擾參數(shù):散射點個數(shù)為1，ΔR=0.09 m，干信比為5 dB、0 dB，其仿真結(jié)果分別圖4、圖5所示。

圖4 1個散射點，干信比為5 dB時仿真結(jié)果

圖5 1個散射點，干信比為0 dB時的仿真結(jié)果

干擾參數(shù):散射點個數(shù)為3，散射點間隔3 m，ΔR=0.09 m，干信比為5 dB、0 dB、-5 dB，其仿真結(jié)果分別如圖6～圖8所示。

圖6 3個散射點，干信比為5 dB時的仿真結(jié)果

圖7 3個散射點，干信比為0 dB時的仿真結(jié)果

圖8 3個散射點，干信比為-5 dB時的仿真結(jié)果

干擾參數(shù):散射點個數(shù)為15，散射點間隔2 m，ΔR=0.09 m，干信比為-5 dB，其仿真結(jié)果如圖9所示。

3.2 性能分析

從圖3～圖8可以看出，在干擾信號有相同散射點的情況下，隨著干信比的減小，干擾效果由欺騙+壓制干擾效果、壓制干擾效果、無干擾效果轉(zhuǎn)變。

從圖8、圖9可以看出，在相同干信比的情況下，隨著干擾散射點數(shù)的增加，干擾效果將由無干擾效果向壓制性干擾效果轉(zhuǎn)變。

圖9 15個散射點，干信比為-5 dB時的仿真結(jié)果

從圖3～圖9可以看出，采用多散射點模型可以起到多種壓制干擾效果，合理設(shè)計干擾信號波形可以達到對ISAR的壓制干擾效果或壓制+欺騙干擾效果。

另外，由于干擾信號與雷達信號具有較好的相參性，干擾信號可獲得較大的脈沖壓縮增益，從而可以用較小的干擾功率實現(xiàn)對ISAR的壓制性干擾。

4 結(jié)束語

本文深入研究了基于散射點模型的干擾信號對ISAR的干擾原理，分析了不同散射點個數(shù)、不同干信比條件下，干擾信號對ISAR成像的干擾效果，并通過仿真驗證了該種方法的有效性?；谏⑸潼c模型的干擾信號可獲得較大的脈沖壓縮增益，因而可以以較小的干擾功率獲得較好的干擾效果，另外，該方法不需要進行復(fù)雜的幅度和相位調(diào)制，具有實現(xiàn)簡單的特點。

［1］ 保 錚，刑孟道，王 彤.雷達成像技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.Bao Zheng，Xing Mengdao，Wang Tong.Radar imaging technology［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2005.

［2］ 崔 瑞，薛 磊.ISAR壓制性式干擾仿真及效果評估［J］. 計算機仿真，2008，25(3):9-11.Cui Rui，Xue Lei.Simulation of barrage jamming on ISAR and effect evaluation［J］.Computer Simulation，2008，25(3):9-11.

［3］ 冷傳航，付毓生，皮亦鳴，等.逆合成孔徑雷達(ISAR)干擾仿真研究［J］.電子對抗技術(shù)，2005，20(5):35-38，48.Leng Chuanhang，F(xiàn)u Yusheng，Pi Yiming，et al.Research on emulation of interference on inverse synthetic aperture radar(ISAR)［J］.Electronic Warfare Technology，2005，20(5):35-38，48.

［4］ 黃洪旭，黃知濤，周一宇.對合成孔徑雷達的隨機移頻干擾［J］.信號處理，2007，23(1):41-45.Huang Hongxu，Huang Zhitao，Zhou Yiyu.Randomly-shiftfrequency jamming style to SAR［J］.Signal Processing，2007，23(1):41-45.

［5］ 祝本玉，史軍軍，薛 磊.基于移頻技術(shù)的逆合成孔徑雷達干擾方法［J］.中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2010，5(2):169-172.Zhu Benyu，Shi Junjun，Xue Lei.The ISAR jamming based on shift-frequency technology［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2010，5(2):169-172.

［6］ Fouts D J，Pace P E，Karow C，et al.A single-chip false target radar image generator for countering wideband imaging radars［J］.IEEE Journal of Solid-Stage Circuits，2002，37(6):751-759.

［7］ 李 源，陳惠連.基于圖像合成的 ISAR欺騙干擾研究［J］.現(xiàn)代雷達，2007，29(3):56-58，62.Li Yuan，Chen Huilian.Study on deception jamming against ISAR using image synthesis technology［J］.Modern Radar，2007，29(3):56-58，62.

［8］ 高昭昭.高分辨ISAR成像新技術(shù)研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2009.Gao Zhaozhao.New technologies of high resolution ISAR imaging［D］.Xi＇an:Xidian University，2009.

［9］ 王雪松，肖順平，馮德軍，等.現(xiàn)代雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.Wang Xuesong，Xiao Shunping，F(xiàn)eng Dejun，et al.Modeling and simulation of modern radar and electronic warfare systems［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2010.