SAR压制干扰二维扩展方法的研究

朱守保 罗 强 童创明

(1.第二炮兵工程学院 西安 710025;2.空军工程大学 三原 713800)

1 引言

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达，具有全天时、全天候和透视性等特点，已广泛用于军事侦查、地图测绘以及导弹末端图像匹配制导等方面。合成孔径雷达占据着越来越重要的地位，尤其在军事上，这点从现代的几次战争中不难看出。如何干扰合成孔径雷达，保护己方目标成为现代电子战(EW)中的重要课题［1，2］。

压制式干扰是对特定区域进行覆盖，使敌方不能够对特定区域成像。本文分析了正弦调频转发干扰的方法，发现其能够有效的覆盖重点区域达到较好的干扰效果。方位向间歇采样有产生沿方位向分布的虚假目标同时也降低了雷达接收机采样频率，有利于收发共用天线干扰机的工程实现。将两种方法结合，可以有效的沿方位向扩大干扰区域。但是在距离向没有得到扩展，因此在结合两者的基础上对干扰信号加入了距离向移频干扰，使干扰区域在距离向也得到扩展，得到了较好的干扰效果。

2 正弦调频干扰模型

2.1 距离向正弦调频干扰

式中Ji(mfr)为第一类i阶贝塞尔函数。结合式(1)、(2)和(3)可得出:

sr(t)为无干扰信号压缩后的输出。由式(5)可知干扰信号含有无穷多个频谱分量，各频率分量信号的幅度正比对应于对应阶数的贝塞尔函数值，且边频分量之间的间隔为frsin。

2.2 方位向正弦调频干扰

干扰机接收到的信号为s0(t，η)，η为慢时间。在每次转发的基础上按照正弦信号在慢时间的变化规律［5，6］，对信号乘以一个相应变化的相位，s0(t，η)经干扰机对其进行正弦调频后信号变为:

其中，mfa为方位向调制系数;fasin方位向调制频率。可得:

其中TSAR为合成孔径时间;fdc为多普勒中心频率;Ka为多普勒调频率。经方位向匹配滤波器ha=，滤波后得到

其中sra(t，η)为未经过干扰的信号经过方位向匹配滤波后的输出。由式(8)可以看出在多普勒域信号频谱也被多次搬移。

2.3 二维干扰模型

因为距离向与方位向之间的调频干扰不会相互影响，两者是独立的。所以二维正弦调频干扰信号为:

结合式(4)与式(7)可以得到

结合式(5)与式(8)，可以推出sj(t，η)在经过二维压缩后得到

3 方位向间歇采样转发干扰分析

SAR方位向间歇采样转发的原理是截获到SAR发射的脉冲信号后，进行高保真采样和存储，然后在下一个或数个脉冲重复周期后转发除去;然后再接收、采样、存储、转发。如此交替反复直到合成孔径时间结束。设方位向的采样信号为［6、7］:

干扰信号经过距离向压缩网络匹配滤波器与方位向匹配滤波器后，信号为［6］:

其中fs为间歇采样频率;an=Twfssinc(nTwfs)为幅度加权系数，D=Twfs为占空比;可以看出干扰信号经SAR匹配滤波输出的方位向形成多个高度逼真，幅度有一定差异的假目标。

4 扩展干扰区域范围方法

已知线性调频波的模糊函数为［8］:

距离向匹配滤波完成脉冲压缩后的距离变化量为:

由式(17)就可以推算出要沿距离向在距干扰机ΔR处产生虚假目标，只要将干扰机接收到的信号乘以一个频移相位

假设产生N个假目标，且第i个假目标距离干扰机距离为ΔRi那么式(18)可以改进为:

为了在方位向扩大压制式干扰信号的覆盖范围，可以将方位向间歇采样与二维正弦调频干扰相结合，根据式(9)与式(13)，可得雷达干扰机在接收到信号s0(t，η)后处理的干扰信号变为:

上式可以有效地将压制干扰在方位向进行扩展但距离向没有，干扰范围还是有限的。针对这个问题可将距离向移频干扰与其结合，得

5 实验仿真分析

5.1 基于单点目标的仿真分析

仿真参数:载频3GHz、距离向频宽50MHz、发射脉宽5μs、载机速度100m/s、天线尺寸4m、载机高度4km。

实验仿真了6幅图，说明了正弦调频干扰、方位向间歇采样和两种方法结合的干扰效果和特性。图1表示没有干扰情况下的点目标。图2为mfr=8、Trsin=1.1Tp、mfa=4、Tasin=4TLsar时二维正弦调频干扰，且覆盖范围为方位向(-40m，40m)。图3为方位向间歇采样干扰仿真，其中Tw=0.01TLsar、占空比为0.25。图4仿真了式(20)的干扰效果，参数与前2幅图一致。可以看出图4的压制式干扰覆盖范围距离向与图2一致，但是方位向覆盖范围为(-120m，120m)，覆盖范围明显扩大。图5为距离向移频干扰，本文仿真了四个频谱分量的情况，根据式(18)ΔRi=［-120-60 60 120］m。图6为根据式(21)将距离向移频、方位向间歇采样与二维正弦调频干扰的组合式干扰方法的干扰效果图。从图可以看出相比于图4压制干扰覆盖的区域扩大了4倍。实验结果证实了方法的有效性。

5.2 基于图像目标的仿真分析

图7、8、9分别仿真对比了在无干扰、正常二维正弦调频干扰、改进干扰方法成像的效果。选取图像场景为320×414m，分辨率为2×2m。可以看出改进干扰方法能有效地扩展干扰区域，并且能够对其有效地进行覆盖。

6 结束语

本文分析了正弦调频干扰、方位向间歇采样干扰和移频干扰能够产生虚假目标的原理。一维调频会产生沿一条直线分布的假目标;因为距离向与方位向不相关，所以将两向干扰级联合并成为二维干扰时能产生分布面积较大干扰效果。方位向间歇采样转发干扰在保证产生虚假目标的同时，也解决了高速采样和同时收发天线隔离度高的难题，以易于工程实现、干扰机理巧妙、欺骗效果好的诸多优点。方位向间歇采样与正弦调频干扰相结合有效地使干扰压制区域在方位向进行扩展，然后将距离向频移相位加入干扰信号中使干扰覆盖区域在距离向也进行扩展。当然本文只是定性的分析了两种方法的结合可以扩大干扰范围，但是针对各种参数的变化会对干扰效果产生不同的影响，需要定量分析。这将是下一步研究的重点方向。

［1］王雪松，肖顺平，冯德军等.现代雷达电子战系统建模与仿真［M］.电子工业出版社，2010，3.

［2］林建银，刘振华，于文震.点目标的干扰研究［J］.现代雷达，2006，10:38-41.

［3］魏青.合成孔径雷达成像方法与对合成孔径雷达干扰研究［D］.西安电子科技大学，2006，11:117-125.

［4］刘阳，王雪松，代大海，王涛，李永祯.对SAR的余弦调相转发干扰［J］.信号处理，2009，3:362-367.

［5］陈思伟，王雪松，刘阳，代大海，刑世其.合成孔径雷达二维余弦调相转发干扰研究［J］.电子与信息学报，2009，8:1862-1865.

［6］吴晓芳，柏仲干，代大海，王雪松.对SAR的方位向间歇采样转发干扰［J］.信号处理，2010，1:1-6.

［7］王雪松，肖顺平，冯德军，赵锋.现代雷达电子战系统建模与仿真［M］.电子工业出版社，2010，3:139-160.

［8］丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理［M］.北京:电子工业出版社，2009，3:477-485.