对合成孔径雷达的弹射式干扰研究

王 强

(西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 710071)

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radr，SAR)是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向双向高分辨率遥感成像的雷达系统。具有全天候、全天时工作和实时处理信号的能力，它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率雷达图像。因此，SAR成像技术在战略侦察、情报收集、战场监视、攻击引导、打击效果评估等诸多方面获得了广泛应用。在未来战争中，为能够更好地隐蔽重要目标、保存己方部队，就必须对敌方SAR实施有效干扰，破坏和扰乱敌方利用SAR检测我方目标信息，因此对 SAR的干扰技术研究具有重要意义。

对合成孔径雷达弹射式干扰的工作原理是侦察对方SAR发射的信号，然后向地面目标转发此信号，信号通过地面反射被SAR接收，由于干扰信号与SAR回波信号性质相同，将通过SAR系统，在成像处理中产生虚假目标，从而掩盖真实目标［1］。

1 弹射式干扰模型

弹射式干扰的工作原理［2］:干扰机接收SAR信号，将信号放大并转发到目标区域。干扰信号通过目标的散射一部分被SAR接收。这样SAR接收到的信号不仅包含了目标对SAR发射波的后向散射波，而且包含了目标对干扰机产生干扰信号的散射波。其中干扰信号和目标信号相似，是线性调频信号，并且也有多普勒频率。图1给出了在点目标的情况下，雷达、干扰机和目标的空间分布图。

图1 弹射式干扰空间区域分布图

图中干扰机位于B点，坐标为(xB，yB，zB)，距离地面高度为h;SAR高度为H，沿x轴以速度v作匀速运动;C为干扰区域内一散射点，坐标为(xC，yC，zC)。由图1可知，zB=h，干扰机与雷达之间的垂直斜距为rB=散射点与雷达之间的垂直斜距为

假设t=0时刻，SAR位于A点，则在任意时刻，雷达与干扰机的距离为

干扰机与目标散射点的距离

散射点与雷达的距离

1.1 SAR接收信号

假设t时刻，SAR发射线性调频信号［3］是

若干扰机将接收到的雷达信号转投到C点，信号经C点散射后被雷达接收。则t时刻，雷达接收到来自C点的信号可表示为

式中，σt和σd分别代表回波中目标信号和干扰信号的散射强度;τd是干扰机转发信号的延迟时间;RD(t)是从雷达到干扰机，然后到目标点，再回到雷达天线的总距离，即

RT(t)是雷达与目标之间距离的两倍，即

由式(5)可见，雷达回波是同一信号不同延时的和。

1.2 干扰信号的距离向压缩和多普勒频率

对式(5)作距离向压缩处理，处理后的表达式为

从式(8)可以看出，单点目标信号经距离压缩后，在距离向上得到两个目标，位置分别为

式中，Sa反映了目标的真实距离，是雷达信号直接作用于目标产生回波的贡献;Sb是产生的干扰目标的距离，它由干扰机位置、目标位置、干扰机延迟共同决定。真实目标和假目标的距离分辨率都是c/2Br。

接着考虑干扰信号的方位压缩，将RD(t)对慢时间t求导得到多普勒频率fdD。由式(1)～式(3)可得

再对式(10)求导可得多普勒频率的变化率f'dD

假设rB≈rC，此时式(10)可以表示为，多普勒零频率将出现在处。此时，多普勒频率的变化率可表示为，由此可见，干扰信号在方位向上近似于线形调频信号，而且调频斜率与目标信号近似，多普勒中心是因此干扰信号能被压缩成像。

1.3 干扰效果理论分析

弹射式干扰信号是干扰机转发的雷达信号，再经地面目标散射而形成，雷达接收到的干扰区域某目标的干扰信号与该目标点的真实回波信号的区别在于，信号所经历的路程不同，后向散射系数不同。由于弹射式干扰信号在传播路径中发生了改变，因此干扰信号经成像处理后产生的干扰点相对应于真实目标点出现的位置会有偏差。这个位置偏差同干扰机和散射目标的相对位置以及干扰机的转发延迟τd有关。

利用图1对干扰后成像点的位置与真实目标点的位置之间的关系进行讨论。设h≪H，散射目标点与干扰机与雷达的垂直斜距近似相等，即rB≈rC，干扰机的转发延时τd=0。

设C点真实信号的多普勒频率为fcD，由式(7)可得

则由式(10)可得C点干扰信号的多普勒频率可写为

由式(9)可知，在经过距离压缩后，干扰目标与散射目标之间的距离向位置差为

将式(1)～式(3)、式(6)、式(7)代入式(15)中，可得

其中

由于 rC≫(vt－xB)，rC≫(vt－xC)，故 ζ(t)≪xC－ xB。由式(16)知，ΔS的值同干扰机高度h、干扰机同散射点的方位向位置差(xB－xC)以及距离向位置差(yB－yC)有关。

2 实验仿真

合成孔径雷达接收机接收到的点目标弹射式干扰功率为

式中，Pj为干扰机接收到SAR信号经放大后的功率;Gj为干扰机天线的增益;Gr(θ)为雷达天线的在干扰方向的天线增益;σj为目标散射截面积;Rj为干扰机到点目标的距离;Rr为目标点到雷达的距离。

合成孔径雷达接收机接收到的点目标回波功率为

式中，Pt为雷达的发射功率;Rt为雷达到目标的距离，在信号处理中，由于干扰信号与回波信号相似，能获得信号的处理增益，所得的点目标干信比为

为验证弹射式干扰理论分析的正确性，将对面目标做干扰仿真。首先选取一幅河流图像作为场景进行SAR成像。仿真参数设置:信号载频10 GHz，脉冲重复频率 500 Hz，脉宽 3 μs，带宽 50 MHz，采样频率100 MHz，天线真实孔径横向尺寸10 m，SAR下视角β=70°;取导弹在慢时间为零时刻的高度为20 km，速度 vx=1 km/s，vy=0 m/s，vz=0 m/s，导弹做匀速直线飞行，取斜视角θ=0°，干信比定义为干扰功率与最强散射点回波功率的比值。用RD算法成像［4］，未加干扰时如图2所示。

图2 未加干扰时的SAR成像

当只加一部干扰机，它的坐标为(200，5.42×104，10)，单位m，此时加干扰后的SAR成像如图3所示。从仿真中可以看出，干扰后的图像是由原始图像和干扰图像叠加而成，干扰图像正如理论分析的那样，是原始图像扭曲变形的结果，它只能遮盖原始图像的1/2。如果再加一部干扰机，坐标为(－200，5.42 ×104，10)，单位m，此时加干扰后的SAR成像如图4所示。

从仿真图像中可以看出，加了两部干扰机后，干扰图像就可以覆盖整个原始图像，从而对整个场景起到保护作用［5］。

3 结束语

从理论推导和实验仿真结果分析可以看出，弹射式干扰的结果就是原始图像与干扰图像的叠加，其中干扰图像相当于一幅由原始图像形变移位后的图像，它的干扰区域可以由干扰机位置和目标区域计算出。若要对整个目标场景进行保护，则需要两部以上干扰机对SAR进行协同干扰;若只对场景中的重要目标进行保护，则只需一部干扰机。

弹射式干扰不直接发射电波到空中，所以具有一定的隐蔽性，而且干扰信号与原始信号的相似性，容易通过SAR的接收机，从而更好地进行干扰。

［1］丁鷺飞，耿富录.雷达原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2002.

［2］李晨.合成孔径雷达有源欺骗干扰研究［D］.南京:南京航空航天大学，2005.

［3］徐美林.对合成孔径雷达干扰与抗干扰及效能评估的研究［D］.成都:电子科技大学，2005.

［4］保铮，邢孟道，王彤.雷达成像技术［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［5］罗强，朱守保，童创明，等.合成孔径雷达随机移频干扰研究及效能评估［J］.电子科技，2011，24(10):11－13.