对SAR噪声压制干扰仿真与干扰效果评估

徐声海，周传晟，许炎义

（1.海军驻扬州723所军事代表室，扬州225001；2.海军工程大学，武汉430033）

0 引 言

合成孔径雷达是一种二维成像雷达。它利用合成孔径技术、脉冲压缩技术，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向的高分辨率遥感图像［1］。SAR已成为军事侦察的重要手段，是当前电子对抗研究的一个热点。干扰效果是衡量干扰模式有效性以及雷达干扰设备性能的一项重要综合性指标。定量的评估干扰效果对实战、试验和电子对抗装备的研究都十分重要［2］。但是SAR干扰效果的评估具有很大的不确定性，评估难度相当大。国外对SAR干扰效果评估的研究很少有公开报道，国内对此研究的理论成果也十分有限。

本文把等效视数的概念引入对SAR干扰效能的评估，得出了SAR压制干扰效果的定量评估方法，采用此办法对2种压制性干扰噪声的干扰仿真结果进行了定量的评估，对其干扰的有效性进行了比较，并得出了结论。

1 基于等效视数的干扰效果评估方法

1.1 图像的相似度

SAR图像是地面对电磁辐射的后向反射系数的反映，反射特性相同或相近的地表物体在雷达图像上表现为灰度相同或相近的图像。可以利用干扰前后SAR图像灰度的变化情况来判断干扰对图像的影响情况，评估干扰对图像的干扰效果。目前较为常用的基于图像相似度的评估准则包括相关系数准则、等效视数准则和欧几里得空间距离等。

1.2 等效视数评估准则

等效视数（ENL）是衡量一幅图像斑点噪声相对强度的一种指标，它是图像评估最常用的标准，其定义为［3］：

式中：μ为图像灰度统计均值；σ2为图像灰度方差。

图像均值是指整个图像的平均强度，即图像所包含的平均后向散射系数。图像方差代表了图像区域所有点偏离均值的程度，反映了图像的不均匀性。噪声干扰的情况下，图像均值等于原有值和输出噪声均值的和，随着噪声功率的增加而变大。图像方差随着噪声功率的增加将不断逼近输出噪声的方差，输出图像也不断向随机图像逼近。

分别表示两幅图像的灰度，其中f（xi，yj），g（xi，yj）分别为图像F、图像G中各点的灰度值，m、n分别为图像矩阵的行数和列数。

图像F的灰度统计均值和方差可以表示如下：

同样，图像G的灰度统计均值和方差为：

由此可以得到图像F和G的等效视数为：

等效视数ENL体现了图像灰度的对比度，ENL越大图像对比度越小，整体图像就越显得模糊不清，若取图像F和G分别为干扰前后同一目标的两幅图像，则两者的等效视数差ΔENL才真正体现了干扰对图像作用的效果［4］：

对于同一种干扰方式来说，ΔENL越小，表明受到的干扰越小，受干扰图像就越接近真实图像。对于2种不同的干扰样式来说，如果满足ΔENL1＞ΔENL2，就可以认为干扰样式1的干扰效果优于干扰样式2。

2 SAR噪声压制干扰仿真

2.1 噪声干扰信号模型

（1）噪声调频信号

调频噪声干扰是目前应用最多的一种压制干扰信号形式，它具有宽的干扰带宽和较大的噪声功率，并经过适当的处理，还可以获得在干扰带宽范围内较均匀的功率谱。其信号的表达式为：

式中：u（t）为零均值的高斯噪声；Φ为相位函数在［0，2π］内均匀分布且与u（t）相互独立的随机变量；u0（t）为信号幅度；载频wj为常数；KFM为调频斜率。

（2）射频噪声信号

射频噪声的平均功率远低于峰值功率，同时微波器件产生的噪声功率电平太低，难以对其作微波功率放大，实际中很少得到应用。本文也将其作为噪声压制干扰的一种，与几种干扰样式进行比较并作为干扰效果计算的基础。

射频噪声可由理想的高斯白噪声通过一个带限的功率放大器得到，为一窄带高斯过程。其信号模型为：

包络函数un（t）服从瑞利分布，相位函数Φ满足 ［0，2π］均匀分布，且与un（t）互相独立，载频wj为常数，远大于J（t）谱宽。

2.2 仿真参数和流程

仿真用实测数据来自加拿大航天局RADRSAT－1卫星的原始数据。成像处理方式采用距离－多普勒（RD）算法。雷达系统主要参数如表1所示。

表1 雷达系统的主要参数

SAR压制干扰效果评估仿真流程如图2所示［5］。

图1 SAR压制干扰效果评估仿真流程图

仿真中，假设干扰机位置固定在SAR照射条带内，雷达运动过程中干扰机天线主瓣始终对准雷达的方向，噪声干扰带宽设置为50MHz，使干扰频带占据了雷达整个带宽。

仿真采用的干信比（JSR）公式为：

式中：PJ为干扰信号的平均功率；Ps为目标回波平均功率。

需要指出的是，以上计算的JSR是指雷达接收机输入端接收到的干扰信号与目标回波信号功率之比。

2.3 SAR压制干扰仿真结果

把不同干信比的射频干扰信号加入到回波数据中，成像后得到的干扰图像如图2所示。

图2 不同干信比射频干扰信号加入回波数据中的干扰图像

把不同干信比的噪声调频干扰信号加入到回波数据中，成像后得到的干扰图像如图3所示。

由图可知，干信比为20dB时，目标虽然受到了干扰，还可分辨；干信比为30dB时，目标图像受到严重破坏；干信比为40dB时，目标图像基本被噪声所覆盖，无法分辨和判读任何有价值的目标信息。

图3 不同干信比的噪声调频干扰信号加入到回波数据中的干扰图像

3 定量的干扰效果评估

以射频噪声和噪声调频2种干扰模式分别对SAR进行干扰仿真，按公式（8）计算不同干信比下2种干扰图像与真实图像之间的等效系数差，2种干扰模式的等效系数差随干信比变化的关系曲线如图4所示。

由图4可知，随着干信比的增大，干扰前后的等效视数差越来越大，按等效视数评估准则可得出，相同干信比的条件下，射频噪声的干扰效果要好于调频噪声。从图中可以看出随着干信比的增加，2条曲线的等效视数差越来越大，当达到一定干信比后，目标受到严重干扰，等效视数差曲线趋于平坦。

图4 等效视数差曲线

4 结束语

本文介绍了2种针对SAR的噪声压制干扰样式，并进行了计算机仿真和干扰效果评估。结果表明，采用等效视数的干扰效果评估方法可以获得定量的评估结论，对SAR采用射频噪声压制干扰相对于调频噪声来说是一种较好的干扰样式。

［1］保铮，刑孟道，王彤，等.雷达成像原理［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［2］韩国强，吴晓芳.代大海.对SAR干扰效果评估方法［J］.雷达科学与技术，2010，8（1）：26－31.

［3］崔瑞，薛磊，汪波.基于等效视数的ISAR干扰效果评估方法 ［J］.系 统 工 程 与 电 子 技 术，2006，30（5）：887－888.

［4］苗艳红，赵国庆.SAR雷达干扰效果的度量［J］.电子对抗技术，2008，19（6）：19－25.

［5］李源，陈惠连.基于相关系数的ISAR干扰效果评估方法［J］.电子科技大学学报，2008，35（4）：468－470.