对逆合成孔径雷达的多相位分段调制干扰方法研究

俞道滨 吴彦鸿 王宏艳 贾 鑫



对逆合成孔径雷达的多相位分段调制干扰方法研究

俞道滨*吴彦鸿 王宏艳 贾 鑫

(装备学院 北京 101416)

针对逆合成孔径雷达(ISAR)的干扰技术是雷达对抗领域的热点问题。该文提出一种基于多相位分段调制的干扰方法，对该调制方法的基本原理及其在信号脉内和脉间综合调制的过程进行详细分析，推导干扰信号在成像处理后的表达式，给出在2维上分别对干扰样式进行精确控制的参数设计方法，通过仿真验证相关干扰效果，说明应用该方法能够产生灵活可控的干扰样式和遮盖效果。

逆合成孔径雷达；多相位分段调制；干扰控制；遮盖效果

1 引言

逆合成孔径雷达(ISAR)通过对回波信号的2维压缩成像处理，从而具备较强的抗干扰能力。典型干扰样式根据干扰效果可以分为压制干扰和欺骗干扰，二者均具有各自的特点：一方面，压制干扰的信号处理增益较低，对干扰设备的功率要求较高；另一方面，由欺骗干扰得到的虚假图像在逼真度上往往低于真实目标，可以由一些细小的特征判断出目标的真假并进行剔除。当前，兼具压制干扰和欺骗干扰特点的部分相干干扰技术具有一定的优势，其可以获得高于压制干扰的处理增益，同时可以对目标的识别产生扰乱的效果，不易被剔除，是对抗2维成像雷达的有效干扰方式。

当前针对ISAR的干扰包括无源和有源干扰技术，其中有源干扰技术大多应用数字射频存储器(DRFM)结构，对雷达信号进行存储并处理转发，实现对干扰样式的灵活控制[8,9]。另一方面，通过对干扰信号的灵活设计可以得到丰富的干扰样式，针对包络对齐过程的压制干扰[10]，针对角反射器特点的无源干扰[11]，有源干扰中针对信号时延特性的乘机调制干扰[12]；针对信号频率特征的附加频率调制转发干扰[13]、混沌噪声调频干扰[14]；针对信号相位特征的调相干扰等[15,16]。其中，间歇采样转发干扰从设计思想上具有一定的独特性，其通过对雷达信号进行低速率的间歇采样处理，可以产生逼真的相干假目标串的干扰效果，是一种有效的部分相干干扰方式。借鉴对SAR干扰的分段调制思想，通过对信号脉内和脉间的参数调制，可以产生局部区域的压制干扰[21,22]。将该思想应用于ISAR，可以在提高部分相干干扰功率利用率的同时，产生灵活可控的干扰效果。

本文在ISAR成像干扰特点的基础上，借鉴间歇采样干扰的思想，提出一种基于多相位分段调制的干扰技术，能够摆脱DRFM结构的限制，产生兼具压制干扰和欺骗干扰特点的干扰效果，在一定范围内能够覆盖被保护目标的2维成像，破坏ISAR对目标的成像识别。理论分析和计算机仿真证明了本文方法能以较小干扰功率干扰ISAR的成像。

2　多相位分段调制的基本原理

对雷达信号的多相位分段调制，即在信号的不同时间分段上调制不同的相位值，得到相应的干扰信号。对该干扰调制样式作如下限定：

(1)无论雷达信号为何种样式，调制后生成的干扰信号与原信号的时间长度相等。

(3)分段指代的信号时间长度可以是小于原信号长度的任意值，且对分段的规则可以是等分的，也可以是非等分的。

在以上信号调制处理规则的限定下，可以将该类信号调制视为一个在相位-时间平面上的2维赋值过程，其中轴表示调制相位值的大小，轴表示信号分段的长度。以三相位非等分调制为例，在相位-时间2维平面上，信号的多相位分段调制原理如图1所示。

图1 多相位分段调制原理示意图

其中，

(2)

对ISAR而言，可以把雷达接收回波信号看成是目标的散射系数通过2维线性系统，在信号在距离向和方位向满足解耦的条件时，可以将该2维系统的处理分解为两个1维处理的过程，因此，对干扰信号的多相位分段调制而言，信号的脉内处理和脉间处理可以分别进行参数设计，干扰信号的调制原理如图2所示。由多相位调制的原理可知，多相位分段调制为由2维参数组合控制下的干扰样式，干扰信号表达式与信号分段的长度和数量、调制相位值的大小和顺序有关。

图2 信号的脉内与脉间的多相位分段调制示意图

在下文中的讨论中，重点分析在调制相位值大小固定和信号分段长度相等的情况下，由分段长度与调制相位值顺序组合变化得到的干扰样式及其效果。设脉内分段长度为，脉冲宽度为，则干扰信号2维调制后的表达式为

(4)

3 多相位分段调制的干扰效果分析

下面分别针对距离向和方位向进行分析，得到最终干扰信号成像处理的结果。由于采用自卫式干扰，干扰机置于目标上，分析其在2维平面上的ISAR干扰结果等价于目标上一个点目标的成像结果，首先要将目标的直线运动模型转变为转台模型，模型的转化如图3所示。

图3 ISAR成像几何示意图

3.1 对距离向的分析

(7)

(9)

如果雷达与目标之间的距离远大于目标的几何尺寸，照射于目标的电波可用平面波近似，且观测时间内转角较小时，满足

因此，目标回波信号的时延为

(11)

以上即为距离向处理结果。

3.2 对方位向的分析

对方位向而言，从对多普勒频域分析入手，引入小转角的假设，易知点相对雷达的多普勒频率为

(14)

以上即为干扰信号处理后的最终表达式

3.3 对干扰结果的分析

对回波信号作ISAR成像处理，所得结果可表示为

(17)

对距离向而言，偏移的距离单元数与脉冲宽度和脉内信号分段长度有关；对方位向而言，即偏移的方位单元数与成像时间和脉间信号分段长度有关。相位调制采用将以上2维参数进行组合，即可得到多种干扰效果。

(1)当脉内和脉间信号分段长度相等，相邻信号分段间调制相位差值相等，此时任一维上干扰点的间距相等，可以得到2维的分散点干扰；或变大时，即脉内或脉间的信号分段长度提高，则干扰点间距缩小，可以得到2维的聚集点干扰。该干扰样式与间歇采样的干扰效果类似。

(2)当脉内信号分段长度相等，脉内信号分段上的调制相位值顺序变为随机，此时距离向上各干扰点出现散焦，出现线状干扰；同理，在脉间该变化亦可产生方位向上的散焦。

(3)当脉内和脉间信号分段上的调制相位值顺序均为随机，产生2维散焦，出现遮盖干扰。脉内和脉间的信号分段长度决定了散焦区域的面积，可产生局部遮盖和全局遮盖的效果。

(4)在(3)中干扰样式的前提下，当脉间信号分段变长而脉间信号分段长度不变时，方位向散焦区域变窄，产生距离向条状干扰。同理，在脉内该变化亦可产生方位向条状干扰。

由此可知，通过2维参数的变化，可以产生多种干扰效果，具有灵活可控的干扰样式。

4 仿真分析

针对已有的理论分析，以应用ISAR技术对7点目标模型进行成像为例，验证多相位分段调制干扰效果及其参数控制的正确性。模型及干扰点设置如图4所示，干扰参数设置如表1所示。

图4 7点模型及其干扰点设置

表1 ISAR仿真参数设置

对以上干扰效果进行分析：

(1)对于图5(a)中的结果，其采用了顺序无延展的规律性逻辑，由公式计算可得距离向和方位向上的虚假点间距跨越的距离单元数和方位单元数分别为

表2 不同控制参数设置

(20)

(2)对于图5(e)中的结果，其采用了脉内和脉间均采用了随机相位顺序的非规律性逻辑，2维散焦而出现局部区域遮盖的压制效果，压制区域面积为。将和分别扩大1倍，则信号分段长度变长，区域面积缩小，此时，如图5(f)所示。当脉内分段和脉间分段分别变短时，相应维上的遮盖长度变短，即可得到2维长短不同的条状干扰，此时，如图5(g)，图5(h)中的结果所示。

需要指出的是，对局部区域遮盖干扰而言，面积的变化会导致遮盖区域亮度的变化，且面积越小遮盖区域亮度越高，干扰的总能量保持不变。

因此，通过多相位分段调制参数的灵活设置可以实现效果可控的成像干扰，可根据施加干扰保护的目标进行调整，可以对干扰的样式、区域、亮度等进行控制，避免了干扰能量在全区域的扩散，提高了干扰能量的利用率，对重点区域实现面积可控的遮盖，从而实现有效的成像干扰。

图5 干扰效果示意图

5 结论

本文提出了一种基于多相位分段调制的ISAR成像干扰技术，在基本处理流程的基础上给出相应的数学推导和系统实现，并对其能达到的干扰效果进行了详细的分析，得出信号分段长度和调制相位规律性可以影响ISAR成像2维相干性的结论。通过参数设计可以实现对2维成像干扰效果的灵活控制，相关仿真实验验证了所得结论。该干扰系统对信号的处理是连续的，有效提高了干扰信号的功率利用率，能够实现多种自卫式干扰效果，破坏对目标重要特征的识别。

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Research on Multiple Phase Sectionalized Modulation Jamming Method for Inverse Synthetic Aperture Radar

YU Daobin WU Yanhong WANG Hongyan JIA Xin

(,101416,)

The problem of ISAR image jamming is the main stream in radar countermeasures study. This paper proposes a new jamming technique for ISAR imaging based on Multiple Phase Sectionalized Modulation (MPSM) jamming method. Its basic principle and processing in intra-pulse and inter-pulse is analyzed in details. Then the final expression of MPSM jamming signal after ISAR imaging processing is derived, and the precise control method of jamming pattern by parameters design in double dimensions is provided. Simulation is conducted to prove the related jamming effects, and it is flexible and controllable to generate different jamming patterns and overspread effects by applying this new method.

Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR); Multiple phase sectionalized modulation; Jamming control; Overspread effects

TN974

A

1009-5896(2017)02-0423-07

10.11999/JEIT160397

2016-04-22；改回日期；2016-09-09；

2016-11-14

俞道滨 ydbaidy@163.com

俞道滨： 男，1988年生，博士生，研究方向为空间信息对抗理论与技术.

吴彦鸿： 男，1971年生，教授，博士生导师，研究方向为空间信息对抗理论与技术.

王宏艳： 女，1978年生，副教授，研究方向为雷达信号处理.

贾 鑫： 男，1958年生，教授，博士生导师，研究方向为电子战系统信息处理.