对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法

周 阳，毕大平，沈爱国，房明星

(解放军电子工程学院，安徽 合肥 230037)

对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法

周 阳，毕大平，沈爱国，房明星

(解放军电子工程学院，安徽 合肥 230037)

针对合成孔径雷达(SAR)干扰灵活性不够的问题，提出了对SAR的运动调制间歇采样干扰方法。该方法先对截获的SAR信号进行运动调制，再对其间歇采样后转发出去，其干扰原理是利用运动调制的SAR信号经成像处理后会产生方位向调制效应，而间歇采样转发可在距离向上产生周期延拓的多假目标，二者结合可形成灵巧的遮蔽干扰效果。仿真验证表明，该方法能够产生有效的遮蔽干扰效果，且通过改变采样周期、占空比和运动调制参数可使干扰能量散布在需要遮盖的目标上，从而提高了干扰能量利用效率。

合成孔径雷达；运动调制效应；间歇采样转发干扰；遮蔽干扰

0 引言

合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种新体制高分辨率成像雷达，具有全天候、全天时的对地观测能力，被广泛用于军事侦察、地图测绘以及导弹末端图像匹配制导等方面[1]。随着各国SAR的快速发展，它已对我重要军事目标构成了严重威胁。因此，研究SAR干扰技术具有越来越重大的意义。

由于SAR具有二维匹配处理能力，可获得高的处理增益和抗干扰性能，这使得SAR干扰必须有别于传统雷达。目前，SAR干扰可分为有源干扰和无源干扰。无源干扰主要以布置无源角反射器、发射箔条弹和给需掩护目标涂抹隐身材料为主[2-4]，此类干扰方法常受地域、风向、环境电磁特性等因素制约。有源干扰又可分为有源压制干扰和有源欺骗干扰，有源压制干扰主要通过对SAR发射大功率非相干信号来降低SAR图像对比度，达到保护目标的目的，此干扰所需要的信息量较少，实施起来简单[5]，但干扰功率要求高；有源欺骗干扰主要采用相干干扰信号产生假目标，大大降低了对干扰机的功率要求，但产生此类干扰对硬件要求较高，工程实现难。文献[6]就相干干扰工程实现难的问题，提出了基于间歇采样处理的干扰方法，其结果对于各类型相干雷达的干扰设计均有指导意义；文献[7-8]将间歇采样转发干扰技术成功地应用于SAR干扰，但干扰效果仅在距离向产生逼真的相干假目标串；文献[9-10]将间歇采样干扰技术与散射波干扰、卷积干扰结合，取得了较好的干扰效果，但仍停留在一维距离向上；文献[11]提出二维间歇采样延迟转发SAR干扰技术，可在距离向和方位向二维同时产生多个以主假目标为中心对称分布的逼真假目标串，但由于灵活性不足而不能有针对性地保护重要目标，干扰能量未能得到有效利用。本文针对此问题，提出了对SAR的运动调制间歇采样干扰方法。

1 基础干扰模型

1.1 运动调制干扰模型

运动调制干扰指在干扰机接收SAR信号的基础上，调制上运动附加相位，然后转发出去，达到产生虚假运动目标的干扰效果。

(1)

其中，

(2)

由于对干扰机接收到的信号进行了运动调制，转发进入SAR接收机进行RD算法成像后，会在方位向上产生运动调制效应，其干扰效果是在方位向上的干扰点或干扰条带。

1.2 间歇采样转发干扰模型

间歇采样干扰指干扰机接收SAR信号后，高保真度地采样其中一小段信号后进行转发，再采样下一段并进行转发，如此收发分时、采样和转发交替工作直至大时宽信号结束[7]。设间歇采样脉冲信号p(tr)为矩形包络脉冲串(如图2)，其表达式为

(3)

其中，δ(·)为冲击函数，Tw为采样脉冲宽度，Ts为采样周期，Dr=Tw/Ts=Twfs为采样脉冲的占空比，an=Twfssinc(nπTwfs)=Drsinc(nπDr)为幅度加权系数，通常情况下Tw、Ts小于雷达信号的脉冲宽度。

干扰机对截获的SAR信号s0(tr,ta)进行距离向间歇采样后转发，得到的间歇采样干扰信号为

sjr(tr,ta)=s0(tr,ta)·p(tr)

(4)

间歇采样干扰基于天线收发分时体制，能够解决干扰机收发隔离问题，可在距离向产生逼真的多假目标干扰效果。

2 运动调制间歇采样干扰

本小节从运动调制间歇采样干扰模型、干扰原理和干扰参数分析三个方面研究该新型干扰方法。

2.1 运动调制间歇采样干扰模型

运动调制干扰在设置合适的运动参数时可以实现方位向的展宽效应，距离向间歇采样干扰可在距离向上产生多个干扰假目标，将运动调制干扰和间歇采样干扰结合起来，可实现二维遮蔽干扰效果。

(5)

2.2 运动调制间歇采样干扰原理

图3为合成孔径雷达的RD成像处理流程图，下面利用RD算法推导运动调制间歇采样干扰的成像结果。

图3 SAR的RD成像处理流程
Fig.3 RD imaging processing flow of SAR

干扰信号经距离压缩和距离徙动校正后的信号形式为

(6)

干扰信号进行方位压缩时，方位向参考函数为

(7)

其中，μa=-2v2/λRj，为方位向调频率。经过方位压缩，输出为方位向慢时间ta的互相关函数

(8)

在Fresnel近似条件下，SAR的方位向回波数据可看作线性调频信号形式，且具有较大的时宽带宽积，故可采用驻相点法求取积分，最终得到干扰信号经过SAR系统成像表达式为

(9)

(10)

由上式可知，在ta=tam时，干扰能量有最大输出。对静止目标的运动调制会导致干扰假目标的散焦，所以其成像效果是干扰条带。根据运动目标SAR成像特性可知干扰条带方位向中心偏移位置和展宽量分别为

(11)

(12)

由于间歇采样的作用，使得干扰条带在距离向周期延拓出现，出现位置为y=yj-ncfs/2μr，因此会产生区域遮蔽干扰效果。

2.3 关键干扰参数分析

由式(9)可见，运动调制间歇采样遮蔽干扰与采样周期、占空比和运动调制参数有关，它们对干扰成像有很大影响。

1)间歇采样周期Ts

间歇采样周期影响遮蔽面积，遮蔽疏密程度，是一个关键的干扰指标。当间歇采样周期越大时，假目标条带越密集，所形成的遮蔽面积越小，干扰能量越集中；当间歇采样周期越小时，假目标条带越稀疏，所形成的遮蔽面积越大，干扰能量越分散。

2)占空比Dr

占空比影响干扰输出加权系数an，因而会影响到干扰输出幅度。设n=0为距离向中心假目标，其余为距离向第n阶次假目标。当nπDr=kπ(k为整数)时，an=0，此时图像上将看不到该次级假目标。由于a0=Dr，所以占空比越大，距离向中心假目标幅度越大，次级假目标幅度相对中心假目标会降低。占空比减小时，中心假目标幅度下降较快，次级假目标幅度下降较慢。

3)运动调制参数vx，vy，ax，ay

运动调制参数主要影响方位向假目标峰值中心位置及展宽量。一般的，干扰机位置纵坐标yj远大于横坐标xj，由式(11)，式(12)知，vx影响方位向均匀展宽量，vy影响假目标峰值中心位置在方位向上发生偏移的大小，ax对偏移和展宽影响均不大，ay是使方位向发生非均匀展宽的原因。

因为干扰机和待保护目标相对位置是已知的，对干扰机设置合理运动参数，可使干扰能量仅出现在待保护目标上，从而有效利用了干扰能量。如果干扰机和待保护目标存在相对位置存在误差，那么遮蔽面中心位置可能会偏离待保护目标，可以通过适当减小间歇采样周期，并适当增加方位向调制加速度来增加遮蔽面的面积，从而确保待保护目标被完全遮蔽。

3 仿真实验

表1 SAR系统参数

表2 干扰实验参数

3.1 干扰参数的影响

1)采样周期的影响

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，ay=-0.15 m/s2，Dr=10%，采样周期依次为Ts=4 μs,8 μs,16 μs，进行仿真实验来分析采样周期对干扰效果的影响。

图4为不同采样周期下的干扰图像，由2.2节可知，当Ts=4 μs时，干扰峰值条带会出现在y=10 000-7.5n，条带间间隔为Δy=7.5 m；当Ts=8 μs时，干扰峰值条带会出现在y=10 000-3.75n，条带间间隔为Δy=3.75 m；当Ts=12 μs时，干扰峰值条带会出现在y=10 000-2.81n，条带间间隔为Δy=2.81 m。将图4(a)-4(c)实验结果与上述理论值进行对比，除了因场景、假目标幅度衰减和相邻条带假目标在距离分辨单元内等因素所限，不便观察条带假目标的总个数外，实验结果与理论分析结果吻合。

2)占空比的影响

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，ay=-0.15 m/s2，Ts=8 μs，占空比依次为Dr=10%,20%,30%，进行对比试验，结果如图5。

3)运动调制参数的影响

取vx=0，ax=0，vy=-0.6 m/s，Ts=8 μs，Dr=10%，当ay=-0.15,-0.3,-0.45 m/s2时，结果如图6(a)-6(c)；再取vx=0，ax=0，ay=-0.15 m/s2，Ts=8 μs，Dr=10%，当距离向速度vy=0.8,0,-0.6 m/s时，结果如图6(d)-6(f)。

根据2.2节式(22)可知，当ay=-0.15 m/s2时，展宽量δx=21.3 m；当ay=-0.3 m/s2时，展宽量δx=42.6 m；当ay=-0.45 m/s2时，展宽量δx=64.9 m。由式(21)可知，当vy=0.8 m/s时，峰值中心偏移位置x=-40 m；当vy=0时，峰值中心偏移位置x=0 m；当vy=-0.6 m/s时，峰值中心偏移位置x=30 m。该仿真结果与理论分析相一致。

3.2 对目标的干扰遮蔽效果

现需保护六辆具有较强反射特性的装甲车，用运动调制间歇采样干扰对SAR进行干扰。按上述实验参数进行仿真，干扰参数设置为vx=0，ax=0，vy=-0.85m/s，ay=-0.15m/s2，Dr=10%，Ts=8μs，干扰干信比设置为15 dB。遮蔽干扰仿真效果如图7所示，可以看出，在干信比为15 dB时，对装甲车能达到较好的遮盖效果，而对SAR噪声干扰要达到相同的遮盖干扰效果，干信比要达到50 dB[6]。

4 结论

本文提出了对SAR的运动调制间歇采样干扰方法。该方法先对截获的SAR信号进行运动调制，再对其间歇采样后转发出去。其干扰原理是利用运动调制的SAR信号经成像处理后会产生方位向调制效应，而间歇采样转发可在距离向上产生周期延拓的多假目标，二者结合可形成灵巧的遮蔽干扰效果。仿真验证表明，该方法能够产生有效的遮蔽干扰效果，且通过改变采样周期、占空比和运动调制参数可使干扰能量散布在需要遮盖的目标上，从而提高了干扰能量利用效率。

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Motion Modulation Intermittent Sampling Repeater Jamming Against SAR

ZHOU Yang, BI Daping, SHEN Aiguo, FANG Mingxing

(Electronic Engineering Institute of PLA, Hefei 230037, China)

Due to the insufficient flexibility of SAR jamming, a motion modulation intermittent sampling repeater jamming method was proposed. This method began with motion modulation on intercepted SAR signals, intermittently sample, and then transmitted them. Motion modulation of SAR signal can produce the effect of motion modulation along azimuth and the intermittent sampling repeater jamming can produce multi fronted and lagged false targets along range. The combination of the both could provide the jamming effect of smart shading area. Simulation results verified the shading jamming effectiveness for SAR and showed that the energy can only appear on the targets that needed to be covered by adjusting the sampling interval, duty ratio and parameter of motion modulation, so that jamming efficiency could be improved.

synthetic aperture radar(SAR); effect of motion modulation; intermittent sampling repeater jamming; shading jamming

2016-12-21

国家自然科学基金项目资助(61171170)

周阳(1991—)，男，江西南昌人，硕士研究生，研究方向：SAR信号处理及SAR对抗理论研究。E-mail:zhouyanglb@163.com。

TN957

A

1008-1194(2017)03-0112-06