對SAR的延時疊加彈射式干擾研究

劉恩凱，張竺君

(1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101；2.江蘇曙光光電有限公司，江蘇 揚州 225000)

0 引 言

合成孔徑雷達(SAR)[1-4]利用運動平臺的動態(tài)信息，通過信號處理手段可以將小孔徑天線合成為大的虛擬孔徑，以提高空間分辨力，另外通過采用脈沖壓縮技術來獲得高距離分辨率，具有全天候、全天時工作和實時處理信號的能力。因此，SAR在情報搜集、戰(zhàn)場監(jiān)視等多方面有著廣泛的應用[5-7]。在未來信息化的高技術戰(zhàn)場，重要軍事目標和重要軍事活動的防護顯得尤為必要，因此對敵SAR進行干擾，破壞和擾亂其利用SAR對我方情報偵察具有非常重要的意義[8-13]。

由于SAR具有二維相干處理能力，傳統(tǒng)的干擾樣式很難奏效，而彈射式干擾[14-16]作為SAR的一種行之有效的方法，可以有效干擾SAR的成像判別。彈射式干擾接收SAR發(fā)射的信號，并將其投射到SAR輻射的區(qū)域，經(jīng)地面反射后形成干擾回波，干擾回波疊加原始回波信號后被SAR接收機接收。彈射式干擾信號能夠在距離和方位上被壓縮成像，形成虛假欺騙目標。但這種干擾形成的虛假圖像很難覆蓋整個目標區(qū)域。為此，本文研究通過延時疊加的彈射式干擾方法。延時疊加保留了原來信號的相干性，但又在距離和方位維破壞了整個信號的相干性，因此，最終實現(xiàn)信號在方位和距離的部分壓縮成像，覆蓋整個成像區(qū)域。

1 彈射式干擾基本原理

彈射式干擾的原理[17-18]為：干擾機接收SAR信號，將信號放大并轉發(fā)到目標區(qū)域。干擾信號通過目標的散射一部分被SAR接收。這樣SAR接收到的信號不僅包含了目標對SAR發(fā)射波的后向散射波，而且包含了目標對干擾機產(chǎn)生干擾信號的散射波。干擾信號和目標信號一樣，是線性調頻信號，并且也有多普勒頻率。干擾信號將對 SAR的成像結果產(chǎn)生影響。圖1給出了在點目標的情況下，雷達、干擾機和目標的空間分布圖。

圖1 彈射式干擾空間區(qū)域模型圖

假設t=0時刻，SAR位于A點，則t時刻，雷達與干擾機的距離為：

(1)

干擾機與散射點的距離為：

(2)

散射點與雷達的距離可以表示為：

(3)

假設t時刻，SAR發(fā)射的線性調頻信號是：

p(τ)=g(τ)exp(j2πf0τ)exp(jπkτ2)

(4)

若干擾機將接收到的雷達信號轉投到C點，信號經(jīng)C點散射后被雷達接收。則t時刻，彈射式干擾后雷達接收到的來自C點的回波信號，經(jīng)正交解調后可以表示為：

(5)

式中：τd為干擾機轉發(fā)信號的延遲時間;RD(t)為從雷達到干擾機、再到目標點、最后回到雷達天線的總距離，即：

RD(t)=RAB(t)+RBC+RAC(t)

(6)

RT(t)是雷達到目標距離的2倍，也就是目標信號經(jīng)過的路程，即：

RT(t)=2RAC(t)

(7)

σt和σd分別代表回波中目標信號和干擾信號的強度?？梢姡走_回波是同一信號的不同延時的和。

在 SAR 信號處理中，信號延時反映了地面散射點的位置信息，彈射式干擾信號由于在信號的傳播路徑發(fā)生了改變，因此干擾信號經(jīng)成像處理后產(chǎn)生的干擾點在 SAR 圖像中出現(xiàn)的位置相對于投射區(qū)域中對應的散射目標點出現(xiàn)的位置會有偏差。這個位置偏差同干擾機和散射目標的相對位置和干擾機的轉發(fā)延遲有關。因此，傳統(tǒng)的彈射式干擾很難覆蓋整個成像區(qū)域。

2 延時疊加干擾原理

由于傳統(tǒng)的彈射式干擾的局限性，無法對整個目標區(qū)域形成有效的掩護。本文提出的延時疊加干擾[19]能夠在距離維形成大范圍密集假目標，同時在一定程度破壞方位維的壓縮成像，因此能夠對目標形成有效的掩護式干擾效果。圖2為延時疊加干擾的干擾時序。

圖2 延時疊加信號時序

由圖2可以看出，延時疊加回波信號可以表示為：

(8)

式中：T為每次延時時間；N為疊加的次數(shù)。

圖3為延時疊加干擾信號經(jīng)過匹配濾波后的信號，由圖3可以看出，經(jīng)過匹配濾波后形成密集的假目標可以覆蓋很大的區(qū)域。

圖3 延時疊加干擾的脈沖壓縮結果

3 仿真分析

根據(jù)前兩節(jié)的模型，對SAR的干擾效果進行仿真，選用對面目標做干擾仿真。仿真參數(shù)設置：信號載頻10 GHz，脈沖重復頻率500 Hz，脈寬3 μs，帶寬50 MHz，采樣頻率為帶寬的2倍，波束中心下視角為70°，斜視角為0°，天線真實孔徑為10 m，SAR雷達高度為20 km，速度為1 000 m/s，采用勻速飛行。采用RD成像算法得出的成像結果如圖4所示。

圖4 無干擾下的成像結果

由圖4可看出，通過SAR處理后，可以對整個目標區(qū)域呈高清的SAR圖像。

當干擾機處于 [-200，50 000，10] m的位置時，采用傳統(tǒng)彈射干擾時，干信比為0 dB和3 dB下的成像結果分別如圖5(a)和(b)所示。從仿真中可以看出，干擾后的圖像是由原始圖像和干擾圖像疊加而成，干擾圖像是原始圖像扭曲變形的結果，即使增大干擾功率，但它覆蓋的區(qū)域不到原圖像的一半。

圖5 傳統(tǒng)彈射干擾下的成像結果

當干擾機位置不變，采用延時疊加彈射干擾時，干信比為0 dB和3 dB下的成像結果分別如圖6(a)和(b)所示。從仿真中可以看出，采用延時疊加彈射干擾后，干擾圖像基本可以覆蓋整個原始圖像，從而對整個場景起到保護作用。

圖6 延時疊加彈射干擾下的成像結果

4 結束語

本文針對傳統(tǒng)彈射干擾覆蓋區(qū)域有限，提出了基于延時疊加彈射式干擾的SAR對抗方法，并從理論推導和實驗仿真進行了研究，延時疊加彈射式干擾形成的干擾圖像可以有效地覆蓋整個目標區(qū)域，從而對整個目標區(qū)域起到保護作用。因此延時疊加彈射式干擾具有明顯的優(yōu)越性。