SAR散射波干扰信号生成及干扰效果分析

王 迪，瞿福琪，焦均均

（1.解放军电子工程学院，安徽 合肥230037；2.武汉军械士官学校，湖北 武汉430075）

0 引言

合成孔径雷达（SAR）技术受到军事需求的牵引和科技进步的驱动，发展迅速［1］。SAR 的大范围高精度的成像能力和制导能力对被侦察对象构成了很大威胁，已成为多种武器平台的重要传感器，在现代电子战中的作用举足轻重。为了更好地隐蔽己方重要目标、保存己方部队，就必须对敌方SAR 实施有效的干扰。本文针对SAR 的散射波干扰方式，讨论如何生成干扰信号，分析并仿真两种不同的干扰效果。

1 散射波干扰概述

1.1 散射波干扰原理

SAR 的散射波干扰与直达波的欺骗干扰不同，它不直接向雷达发射或转发干扰信号，而是接收SAR 发射的线性调频脉冲信号，并形成干扰相参脉冲串，将其投射到有干扰地物信息的区域，经地物散射以后形成地物干扰回波，与原始回波信号混合在一起被SAR 接收，从而破坏SAR 对目标地物的识别，如图1所示。

图1 干扰机转发SAR 信号散射波干扰示意图

1.2 散射波干扰信号数学模型

由图1可见，若SAR 到干扰机的距离为Rsj（t），干扰机到干扰地物的距离为Rjt，虚假地物到SAR 的距离为Rts（t），SAR 的高度为Hs，方位向坐标Xs为（vt-Xo），干扰机的高度为Hj，坐标为（Xj，Yj），虚假点目标坐标为（Xt，Yt），则：

干扰信号的传播路径为：

则SAR 信号传播的总时延为：

通过点目标散射，SAR 接收到回波并去载频后的信号为：

将式（1）和（3）代入式（4），单点的散射波干扰信号为：

则N×M 点的地物散射波干扰信号可表示为［2］：

2 散射波干扰效果分析

散射波干扰方式中，SAR 信号的传播路径有所改变，从雷达到干扰机，从干扰机到干扰地物，再从干扰地物返回雷达。相对于原始回波，路径的变化使地物的散射干扰回波与匹配滤波器之间存在多普勒参数失配，使其可以对SAR 的原始回波图像产生干扰，并且干扰效果取决于两者之间的多普勒参数失配程度。

散射干扰回波与SAR 接收机的匹配滤波器之间的多普勒失配，使得经处理后的输出存在以下两个问题：距离徙动和二次相位误差［3］，所以SAR 在回波处理时应遵循两个准则：距离徙动准则和聚焦深度准则。

2.1 距离徙动准则

散射波干扰几何关系平面图如图2所示。

图2 散射波干扰几何关系平面图

分析图2，散射波干扰时的距离徙动可表示为：

当t为0 时，有最大距离徙动（因为Xs（0）＜Xs（Ts），所以t为Ts，也即t为Ls／v时舍弃）：

由多普勒参数失配产生的干扰回波距离徙动ΔR（t）降低了方位聚焦，在合成孔径时间内的最大距离徙动不超过半个距离分辨单元ρr 时，可忽略距离徙动对输出的误差影响［4］，则距离徙动准则表示为：

将Rjt、Ro和ΔRmax代入式（9），即得：

由式（10）可见，通过计算可得到干扰图像的距离向和方位向坐标（Xt，Yt）位置的信息，即为距离徙动准则的判断条件。

2.2 聚焦深度准则

散射波干扰时的距离误差可表示为：

由图2中的几何关系可知，最大距离误差Δdmax在SAR 轨迹上合成孔径长度两端点处，即t为0，或t为Ts即Ls／v处，有：

则最大二次相位误差为：

又因为Ls为（λRo／2ρa）［4］，其中ρa 为方位向分辨单元，所以式（13）可表示为：

因多普勒频带边缘失配产生的二次相位误差Δφ（t）使输出结果散焦，当最大二次相位误差小于π／4时，可忽略调频率失配对聚焦质量的误差影响，所以聚焦深度准则可表示为：

3 散射波干扰仿真实验结果分析

由上述距离徙动准则和聚焦深度准则可知，当多普勒失配同时满足这两个准则时，干扰目标得到完全的匹配处理，此时散射波干扰为虚假图像欺骗干扰。随着多普勒失配程度的增大，干扰图像的质量将会下降，当同时不满足两个准则时，散射波干扰则变为散焦图像压制干扰。所以，散射波干扰的效果有如下三种：1）虚假图像欺骗干扰；2）虚假图像欺骗干扰和散焦图像压制干扰；3）散焦图像压制干扰［3］。不同干扰效果作用区域如图3所示。

图3 不同干扰效果作用区域

此处需说明的是，干扰机的坐标设定会影响不同干扰效果的作用区域。为验证上述散射波干扰理论的准确性，下面将根据该理论，针对不同的干扰效果分别进行点目标和面目标散射波干扰仿真实验。

3.1 虚假图像欺骗干扰效果

当干扰回波同时满足距离徙动准则和聚焦深度准则时，干扰效果为虚假图像欺骗干扰。多个随机点目标地物散射波成像如图4所示。

图4 点目标（随机10个点）散射波干扰

从图4可以看出，由于点目标地物只有单一的后向散射系数，所以其干扰效果与直达波的点目标欺骗干扰效果相近。面目标地物散射波在原始回波成像中的干扰成像如图5所示。

图5 面目标地物散射波虚假图像欺骗干扰

从图5左上角可见，由于面目标地物的散射波包含较丰富的地物后向散射信息，并且该散射地物与被干扰地域距离较近，在SAR 回波成像中的平均后向散射系数也比较近似，因此虚假图像可与周围地物图像更好地融合。

3.2 散焦图像压制干扰效果

当干扰回波同时不满足距离徙动准则和聚焦深度准则时，干扰效果为散焦图像压制干扰。散射波散焦的点目标如图6所示。

图6 散射波散焦点目标干扰

从图6可见，由于干扰回波不满足距离徙动准则和聚焦深度准则，所以干扰点在方位向和距离向上均产生了一定程度的畸变，成像效果下降。散射波散焦图像压制干扰如图7所示。

图7 散射波散焦图像压制干扰

散射波在原始目标成像中产生了一个散焦面目标。从图7右下角可见，该散焦图像是由若干个畸变的散焦点组成的，它在原始目标成像中的干扰效果类似于局部噪声压制干扰。不同的是，由于是相干干扰，大大降低了对干扰功率的要求。

4 结束语

通过散射波干扰原理分析和仿真实验，验证了SAR 散射波干扰原理的正确性，并证明了散射波在不同的失配条件下，可产生虚假图像欺骗干扰效果和散焦图像压制干扰两种干扰效果（混合效果此处未做考虑），说明对SAR 进行散射波干扰是一种有效的干扰方式。■

［1］刘永坦，等.雷达成像技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.

［2］王迪，雷武虎，杨越.SAR 欺骗干扰与散射波干扰信号生成［C］.2006年高校研究生通信与信息技术会议论文集，2006：636-642.

［3］胡东辉，吴一戎.合成孔径雷达散射波干扰［J］.电子学报，2002，12：1882-1884.

［4］Cumming J，Wong F.合成孔径雷达成像——算法与实现［M］.洪文，胡东辉，译.北京：电子工业出版社，2012：51-70.