基于散射点模型的ISAR干扰技术研究

张宏伟，俞静一，何 芳

(1.中国洛阳电子装备试验中心， 河南洛阳471003)

(2.信息综合控制国家重点实验室， 成都610036)

0 引言

对逆合成孔径雷达［1］(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)的干扰技术是雷达对抗技术发展的一个新兴领域，从干扰效果上对ISAR的干扰可以分为压制干扰和欺骗干扰两种。通常，为达到对ISAR的压制性干扰效果［2-3］，需要较大功率的噪声干扰信号来压制ISAR的宽带系统或窄带系统。这在弹载应用模式下，通常是难以实现的。

文献［4-5］提出了移频干扰在成像雷达干扰中的应用，指出了采用移频的方式可形成点状干扰、线状干扰和压制干扰，由于ISAR距离分辨率较高，需要精确估计相邻重复周期目标相对于雷达的距离变化，通常难以实现。文献［6-7］研究了基于数字图像合成的欺骗干扰产生方法，该方法需要对雷达信号进行幅度调制和相位调制，算法较复杂，且难以遮盖真实目标。本文提出一种基于散射点模型的方法，通过模拟产生多个散射点的假目标干扰信号，这些假目标干扰信号各散射点的距离变化规律与真实目标的变化规律不同，即不同回波间假目标的包络延时与真实目标的包络延时不同。在进行运动补偿时，由于干扰信号功率大于目标回波功率，从而使假目标进行了包络对齐，而真实目标无法实现包络对齐，使ISAR无法对目标进行成像，最终实现对ISAR成像的压制干扰效果和欺骗干扰效果，并通过仿真验证了该种干扰信号对ISAR干扰的有效性。

1 ISAR成像原理

目标在相对于ISAR运动时，其运动分量可分为平动分量和转动分量两个部分，平动对ISAR成像是没有贡献的，必须进行平动补偿［8］，平动补偿是ISAR成像的关键，分为包络对齐和初相校正两个步骤。

设目标有n个散射点组成，其相对于ISAR的初始距离为R0，目标运动速度为vm，则目标上各散射点的基频回波可以表示为

ISAR雷达工作时，通常都由窄带系统为宽带系统提供开窗采样位置，此时，式(1)可以变化为

式中:ΔRim=Ri-Rm为第i个散射点第m次回波与开窗位置Rm的距离差。

对式(3)进行脉冲压缩可以得到目标的高分辨距离像(High Resoultion Rage Profile，HRRP)，由于目标的运动(vm不为恒定值)不平稳和RΔm具有一定的误差，导致目标相邻回波的HRRP会产生包络的随机徙动(如图1所示)和相位随机变化。因此，在ISAR成像时，必须进行包络对齐和相位校正，其成像流程如图2所示。

图1 一种雷达对运-5飞机的一维距离像

图2 ISAR成像流程

2 多散射点压制干扰原理

2.1 干扰信号模型

向ISAR转发多个与ISAR信号相同的干扰信号，且相邻重复周期的干扰信号的延时时间按一定规律变化，其基频信号可以表示为

式中:l为干扰信号散射点个数;ΔRjm=Rjm-Rm，Rjm为第j个散射点第m次回波相对于雷达的距离。

此时，ISAR的回波信号为目标回波与干扰信号之和，即

对式(4)进行距离压缩获得的HRRP包括两部分，即目标的HRRP和干扰信号的HRRP，由于ISAR成像是开窗处理的，因此，干扰信号要想起到干扰效果，就必须保证干扰信号的HRRP位于ISAR成像区域内，即要满足ΔRjm＜ΔR，其中ΔR为ISAR成像的窗长，这需要通过跨周期转发的方式或其他方式来实现［9］。

当干扰信号的HRRP幅度强于目标回波的HRRP幅度，且干扰信号的HRRP变化规律与目标回波的变化规律不同时，包络对齐获得的距离延时值将与目标相邻两次回波的延时值有较大的差别，从而破坏了ISAR的包络对齐，实现对ISAR成像的干扰。

如图1所示，目标回波信号的HRRP近似为一条有一定宽度的直线，产生一干扰信号，使干扰信号的HRRP为一条有一定宽度的斜线，即可破坏ISAR成像中的包络对齐。设目标相对于ISAR的距离为Rm，则需要产生干扰信号

式中:ΔRj为干扰信号间距;ΔR为与干扰信号HRRP倾斜程度有关的一个距离延尽增量。

2.2 干信比与干扰效果的关系

以包络对齐的互相关法为例，分析干扰信号散射点个数与干信比的关系，设目标相邻两次回波的实包络分别为p1)和p2)，包络延时为τ0，干扰信号的相邻两次回波的实包络分别为pj1()和pj2()，包络延时为τj，则ISAR相邻两次回波信号的实包络的互相关函数可以表示为

分析式(8)可以得出如下结论:

(1)目标回波信号功率越强，则延时估计值越接近于τ0;

(2)干扰回波信号功率越强，则延时估计值越接近于τj;

(3)干扰信号散射点数越多，且干扰信号散射点数小于目标散射点数，干扰信号与回波信号的互相关对延时估计的影响就越大。

以上三种情况，将对应三种不同的干扰效果，即:

(1)当目标回波信号功率较强时，目标回波进行了正确的包络对齐，干扰效果较差;

(2)当干扰回波信号功率较强时，干扰信号进行了正确的包络对齐，可实现ISAR成像，目标回波无法进行正确的包络对齐，无法实现ISAR成像，从而同时达到压制和欺骗两干扰效果;

(3)当干扰信号散射点较多，得到的延时估计值既不是τ0也不是τj，目标回波和干扰回波都无法进行正确的包络对齐和ISAR成像，从而达到了压制干扰效果。

3 仿真分析

3.1 仿真结果

仿真中采用的ISAR参数如下:B=500 MHz，pw=200 μs，prt=10 ms，f0=10 GHz，方位采样点数为 512，目标参数如下:起始位置为［50 km，50 km，6 km］，目标飞行速度［300 m/s，100 m/s，0］，无干扰时的仿真结果如图3所示。

图3 目标模型和无干扰时的仿真结果

干扰参数:散射点个数为1，ΔR=0.09 m，干信比为5 dB、0 dB，其仿真结果分别图4、图5所示。

图4 1个散射点，干信比为5 dB时仿真结果

图5 1个散射点，干信比为0 dB时的仿真结果

干扰参数:散射点个数为3，散射点间隔3 m，ΔR=0.09 m，干信比为5 dB、0 dB、-5 dB，其仿真结果分别如图6～图8所示。

图6 3个散射点，干信比为5 dB时的仿真结果

图7 3个散射点，干信比为0 dB时的仿真结果

图8 3个散射点，干信比为-5 dB时的仿真结果

干扰参数:散射点个数为15，散射点间隔2 m，ΔR=0.09 m，干信比为-5 dB，其仿真结果如图9所示。

3.2 性能分析

从图3～图8可以看出，在干扰信号有相同散射点的情况下，随着干信比的减小，干扰效果由欺骗+压制干扰效果、压制干扰效果、无干扰效果转变。

从图8、图9可以看出，在相同干信比的情况下，随着干扰散射点数的增加，干扰效果将由无干扰效果向压制性干扰效果转变。

图9 15个散射点，干信比为-5 dB时的仿真结果

从图3～图9可以看出，采用多散射点模型可以起到多种压制干扰效果，合理设计干扰信号波形可以达到对ISAR的压制干扰效果或压制+欺骗干扰效果。

另外，由于干扰信号与雷达信号具有较好的相参性，干扰信号可获得较大的脉冲压缩增益，从而可以用较小的干扰功率实现对ISAR的压制性干扰。

4 结束语

本文深入研究了基于散射点模型的干扰信号对ISAR的干扰原理，分析了不同散射点个数、不同干信比条件下，干扰信号对ISAR成像的干扰效果，并通过仿真验证了该种方法的有效性。基于散射点模型的干扰信号可获得较大的脉冲压缩增益，因而可以以较小的干扰功率获得较好的干扰效果，另外，该方法不需要进行复杂的幅度和相位调制，具有实现简单的特点。

［1］ 保 铮，刑孟道，王 彤.雷达成像技术［M］.北京:电子工业出版社，2005.Bao Zheng，Xing Mengdao，Wang Tong.Radar imaging technology［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2005.

［2］ 崔 瑞，薛 磊.ISAR压制性式干扰仿真及效果评估［J］. 计算机仿真，2008，25(3):9-11.Cui Rui，Xue Lei.Simulation of barrage jamming on ISAR and effect evaluation［J］.Computer Simulation，2008，25(3):9-11.

［3］ 冷传航，付毓生，皮亦鸣，等.逆合成孔径雷达(ISAR)干扰仿真研究［J］.电子对抗技术，2005，20(5):35-38，48.Leng Chuanhang，Fu Yusheng，Pi Yiming，et al.Research on emulation of interference on inverse synthetic aperture radar(ISAR)［J］.Electronic Warfare Technology，2005，20(5):35-38，48.

［4］ 黄洪旭，黄知涛，周一宇.对合成孔径雷达的随机移频干扰［J］.信号处理，2007，23(1):41-45.Huang Hongxu，Huang Zhitao，Zhou Yiyu.Randomly-shiftfrequency jamming style to SAR［J］.Signal Processing，2007，23(1):41-45.

［5］ 祝本玉，史军军，薛 磊.基于移频技术的逆合成孔径雷达干扰方法［J］.中国电子科学研究院学报，2010，5(2):169-172.Zhu Benyu，Shi Junjun，Xue Lei.The ISAR jamming based on shift-frequency technology［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2010，5(2):169-172.

［6］ Fouts D J，Pace P E，Karow C，et al.A single-chip false target radar image generator for countering wideband imaging radars［J］.IEEE Journal of Solid-Stage Circuits，2002，37(6):751-759.

［7］ 李 源，陈惠连.基于图像合成的 ISAR欺骗干扰研究［J］.现代雷达，2007，29(3):56-58，62.Li Yuan，Chen Huilian.Study on deception jamming against ISAR using image synthesis technology［J］.Modern Radar，2007，29(3):56-58，62.

［8］ 高昭昭.高分辨ISAR成像新技术研究［D］.西安:西安电子科技大学，2009.Gao Zhaozhao.New technologies of high resolution ISAR imaging［D］.Xi＇an:Xidian University，2009.

［9］ 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］.北京:电子工业出版社，2010.Wang Xuesong，Xiao Shunping，Feng Dejun，et al.Modeling and simulation of modern radar and electronic warfare systems［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2010.