干扰机布站位置对合成孔径雷达相干干扰效果的影响分析

张　颂，陈远征，夏兴宇

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)



干扰机布站位置对合成孔径雷达相干干扰效果的影响分析

张颂，陈远征，夏兴宇

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)

摘要：相干干扰方法是对合成孔径雷达的一种有效干扰手段。针对合成孔径雷达相干干扰在距离向上只能压制部分区域，在方位向上干扰区域与无干扰区域界线清晰的现象，在阐述虚假目标产生原理的基础上，从虚假目标成像位置、虚假目标成像质量两个方面，分析了干扰机布站位置对合成孔径雷达相干干扰效果的影响，找出了上述现象产生的原因并提出组网干扰策略。

关键词：合成孔径雷达；相干干扰；干扰机布站位置；虚假目标成像位置；虚假目标成像质量

0引言

SAR在军事领域的应用越来越重要，关于它的电子干扰与抗干扰已成为研究领域的热点[1-4]。根据干扰样式的不同，可以把对SAR的干扰方式分为非相干干扰、相干干扰、部分相干干扰和无源干扰等。不同的干扰方式产生的干扰效果不同，有不同的适应性。针对SAR相干干扰时出现的干扰压制区域在距离向只能压制部分区域，且干扰区域与无干扰区域界线清晰的现象，通过分析相干干扰的原理和干扰出现的时间和效果，初步判断干扰机布站位置是导致这种现象的主要原因。本文首先分析了虚假目标产生的原理，然后从虚假目标成像位置、成像质量两个方面，来分析干扰机布站位置对SAR相干干扰效果的影响，进而找出以上现象的原因并提出相应的策略。

1相干干扰原理

相干干扰是指在SAR波束照射中，干扰机对接收到的雷达信号进行相干处理，产生虚假目标的干扰信号并将该信号转发给雷达[5]。该信号经一般成像处理后，在SAR图像中产生虚假目标。

经过连续转发后，可在距离、方位向形成多假目标，形成压制干扰效果。

首先建立机载SAR干扰场景示意图如图1所示。SAR平台沿平行于Y轴方向运动，正侧视工作模式。

图1　SAR点目标欺骗干扰场景示意图

雷达接收的上述点目标的基频信号可以描述为：

(1)

式中，ar(·)、aa(·)分别表示雷达线性调频信号的距离窗函数和方位窗函数，由于只对信号幅度强度产生影响，可作为常数处理，记为σT，上式可写为：

(2)

干扰机接收到的基频信号形式为：

(3)

由于干扰机与虚假点目标位置不同，根据SAR成像原理，位置不同的目标在回波信号的时延、多普勒频率、多普勒调频斜率等方面有所不同，因此，对干扰机接收到的信号进行适当调制，使干扰信号与虚假点目标具有相同的上述信号特征参数，就能保证在指定位置产生虚假点目标。

2虚假目标成像位置分析

根据上文的分析，回波信号由延迟时间τ0、多普勒频率fd0和多普勒调频率KA03个参数来确定。这3个参数都与距离向位置有关，而多普勒频率还与方位向位置有关。当拟生成的虚假点目标位置确定后，通过计算其虚假点目标与干扰机位置差造成的附加时延、附加多普勒频移和附加调频率，并对干扰机接收到的信号做相干调制，就可以在干扰机处产生虚假点目标回波信号。

(4)

图2　干扰机I与虚假目标J的关系

显然，这3个附加参数仅与干扰机与虚假点目标的位置有关。这是干扰机工作过程的时域描述。

虚假点目标距离向位置分析。当虚假信号在当前PRT内返回雷达接收机并且与雷达信号特征参数相同的情况下，对于物理可实现系统，要求式(4)中的Δτji>0，即Rj>Ri或yj>yi。这个条件限制了虚假目标在距离向的成像位置：虚假目标只能出现在比干扰机距离向坐标更远的区域。

虚假点目标方位向位置分析。以正侧视条带SAR为例，载机飞行方位向多普勒带宽Bd=2v/D。对于转发式干扰机，它在雷达测绘带内等效于一个目标。假设干扰机处多普勒频率为fdi，虚假目标处多普勒频率为fdj，则下式需要满足：

(5)

将式(4)中的第2项Δfdji带入式(5)，经化简可得：

(6)

这给出了虚假目标在方位向的位置限制，即虚假目标在方位向位置的最大范围。当干扰机位置确定后，它是虚假目标到雷达航迹斜距Rj的线性函数。

图3　虚假目标最大出现范围

3虚假目标成像质量分析

如图4所示，雷达以速度v飞行在航迹平台。假设在干扰机的同一距离线上，且方位向坐标与干扰机I前后分别相差Δxa与Δxc处存在两个虚假点目标A和C；与干扰机I在同一距离线，且距离向坐标相差Δy处存在虚假点目标B。下面分析干扰机I对这3个虚假目标的成像能力。

图4　虚假目标的有效合成孔径长度

目标A的合成孔径起始位置出现在t1时刻。但对于转发式欺骗干扰机，此时它还无法捕获雷达的发射信号，因而也不能生成虚假目标回波。只有在t2时刻，干扰机才开始接收雷达信号，并开始产生目标A的虚假回波。而在t3时刻，完成对目标A一个合成孔径内回波的接收。这就表明，虚假目标A的有效合成孔径长度不再是一个完整的LsI，而是由时刻t2到t3所对应的距离LsI-Δxa。同样的分析，对位于干扰机后的目标C，它的有效合成孔径长度为LsI-Δxc。

由此可见，虚假目标在方位向上离干扰机越远，其有效合成孔径长度越短。定义等效合成孔径长度比为：

(7)

对于目标B，由于它与干扰机I具有相同的方位向坐标，它的有效合成孔径长度就等于干扰机处的一个完整合成孔径长度LsI。它的等效合成孔径长度比为：

(8)

式中，y表示虚假目标B的距离向坐标。

图5反映了虚假目标在方位向与距离向出现的位置与合成孔径长度比的关系。可以看出，虚假目标在两个方向上距离干扰机越远，其等效合成孔径长度缺失的百分比也越大。

图5　虚假目标位置与等效合成孔径长度比

合成孔径长度的损失导致方位向信号在时域和频域内都不完整。这将导致方位向匹配滤波时，脉压主瓣峰值降低，主瓣展宽，分辨率下降。

(9)

由此可见，方位向分辨率与参数α成式(9)所描述的反比关系；而脉压的主瓣峰值与参数α呈正比关系，如图6所示。

图6　分辨率和主瓣峰值与等效合成孔径长度比的关系

为验证上述分析，分别进行干扰机位于(20，100)和(20，40)处的欺骗干扰仿真实验，成像平面为(XOY)面，其中X轴表示距离向，Y轴表示方位向；雷达平行于Y轴运动，参数设置参照训练条件，见表1。

真实目标：(Xt,Yt)z=(20,20)；散射强度σ=1.5。

表1距离多普勒算法仿真参数

参数参数值参数参数值脉冲宽度1μs带宽200MHz中心频率1.5GHzPRF100Hz合成孔径长度291.5m平台速度150m/s飞行高度6000m多普勒调频斜率-17.15Hz/s方位向波束宽度2°

虚假目标：(Xt,Yt)J=(0,40) (40,80) (60,100)；散射强度σ=1。

由图7~8可知，在方位向上远离干扰机的干扰点成像质量将下降，验证了上文的理论分析。

图7　干扰机位置在(20，100)时成像图

图8　干扰机位置在(20，40)时成像图

4组网干扰策略

本文研究的相干干扰，保证了干扰机产生的虚假目标回波信号与真实目标回波信号在距离向上具有相同或相似的性质，从而可以获得一定距离向的压缩增益。但是在方位向上，离干扰机距离越远的虚假目标，其等效合成孔径长度越短，导致成像质量会受到一定影响，这使得试图产生逼真的虚假目标变得困难。同时考虑到单部干扰机产生的相干干扰区域有限且特征明显，通过在距离向和方位向优化配置若干个干扰机，采用干扰机组网的方法，可以在SAR图像中形成逼真的虚假目标,如图9所示。

图9　组网干扰时干扰机分布示意图

5结束语

针对合成孔径雷达的干扰方法是当前国内外研究的热点，本文根据合成孔径雷达的相干干扰在距离向上压制区域有限、在方位向上难以形成逼真稳定的虚假目标问题，通过分析相干干扰的原理及干扰出现的时间和效果，判明干扰机布站位置是导致这种现象的主要原因，进而从虚假目标成像位置、成像质量两个方面，分析了干扰机布站位置对合成孔径雷达相干干扰效果的影响，并在此基础上提出了组网干扰策略。本文得出的分析结论对更好地发挥合成孔径雷达干扰系统的效能具有一定的参考意义。■

参考文献：

[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1999.

[2]李宏.合成孔径雷达对抗导论[M].北京：国防工业出版社，2010.

[3]向伟.双基SAR干扰技术研究[D].成都：电子科技大学, 2011.

[4]叶映宇.合成孔径雷达干扰方法的研究[D].成都：电子科技大学, 2005.

[5]邓云凯，郑远，胡英辉.合成孔径雷达转发式干扰分析[J].电子与信息学报，2010(1)：69-74.

Analysis about the effect of jammer standing position on

synthetic aperture radar coherent jamming

Zhang Song, Chen Yuanzheng, Xia Xingyu

(Electronic Equipment Testing Center of China,Luoyang 471003,Henan,China)

Abstract：The coherent jamming is an effective means to Synthetic Aperture Radar (SAR). SAR coherent jamming can only suppress part of the region in the distance direction, interference and noninterference area boundaries clear phenomenon in the azimuth direction, the effect of jammer position on SAR coherent jamming is analyzed from the imaging position and image quality of false target on the basis of principle of the false target, and the reason of the above phenomenon is find out and the network policy is proposed.

Key words：synthetic aperture radar;coherent jamming;jammer standing position;imaging position of false target;image quality of false target

中图分类号：TN95

文献标识码：A

作者简介：张颂(1987-)，男，硕士，主要研究方向为网络对抗。

收稿日期：2015-06-20；2015-11-11修回。