SAR壓制干擾二維擴(kuò)展方法的研究

朱守保 羅 強(qiáng) 童創(chuàng)明

(1.第二炮兵工程學(xué)院 西安 710025;2.空軍工程大學(xué) 三原 713800)

1 引言

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨率成像雷達(dá)，具有全天時(shí)、全天候和透視性等特點(diǎn)，已廣泛用于軍事偵查、地圖測(cè)繪以及導(dǎo)彈末端圖像匹配制導(dǎo)等方面。合成孔徑雷達(dá)占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，尤其在軍事上，這點(diǎn)從現(xiàn)代的幾次戰(zhàn)爭(zhēng)中不難看出。如何干擾合成孔徑雷達(dá)，保護(hù)己方目標(biāo)成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)(EW)中的重要課題［1，2］。

壓制式干擾是對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行覆蓋，使敵方不能夠?qū)μ囟▍^(qū)域成像。本文分析了正弦調(diào)頻轉(zhuǎn)發(fā)干擾的方法，發(fā)現(xiàn)其能夠有效的覆蓋重點(diǎn)區(qū)域達(dá)到較好的干擾效果。方位向間歇采樣有產(chǎn)生沿方位向分布的虛假目標(biāo)同時(shí)也降低了雷達(dá)接收機(jī)采樣頻率，有利于收發(fā)共用天線干擾機(jī)的工程實(shí)現(xiàn)。將兩種方法結(jié)合，可以有效的沿方位向擴(kuò)大干擾區(qū)域。但是在距離向沒(méi)有得到擴(kuò)展，因此在結(jié)合兩者的基礎(chǔ)上對(duì)干擾信號(hào)加入了距離向移頻干擾，使干擾區(qū)域在距離向也得到擴(kuò)展，得到了較好的干擾效果。

2 正弦調(diào)頻干擾模型

2.1 距離向正弦調(diào)頻干擾

式中Ji(mfr)為第一類i階貝塞爾函數(shù)。結(jié)合式(1)、(2)和(3)可得出:

sr(t)為無(wú)干擾信號(hào)壓縮后的輸出。由式(5)可知干擾信號(hào)含有無(wú)窮多個(gè)頻譜分量，各頻率分量信號(hào)的幅度正比對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)階數(shù)的貝塞爾函數(shù)值，且邊頻分量之間的間隔為frsin。

2.2 方位向正弦調(diào)頻干擾

干擾機(jī)接收到的信號(hào)為s0(t，η)，η為慢時(shí)間。在每次轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上按照正弦信號(hào)在慢時(shí)間的變化規(guī)律［5，6］，對(duì)信號(hào)乘以一個(gè)相應(yīng)變化的相位，s0(t，η)經(jīng)干擾機(jī)對(duì)其進(jìn)行正弦調(diào)頻后信號(hào)變?yōu)?

其中，mfa為方位向調(diào)制系數(shù);fasin方位向調(diào)制頻率?？傻?

其中TSAR為合成孔徑時(shí)間;fdc為多普勒中心頻率;Ka為多普勒調(diào)頻率。經(jīng)方位向匹配濾波器ha=，濾波后得到

其中sra(t，η)為未經(jīng)過(guò)干擾的信號(hào)經(jīng)過(guò)方位向匹配濾波后的輸出。由式(8)可以看出在多普勒域信號(hào)頻譜也被多次搬移。

2.3 二維干擾模型

因?yàn)榫嚯x向與方位向之間的調(diào)頻干擾不會(huì)相互影響，兩者是獨(dú)立的。所以二維正弦調(diào)頻干擾信號(hào)為:

結(jié)合式(4)與式(7)可以得到

結(jié)合式(5)與式(8)，可以推出sj(t，η)在經(jīng)過(guò)二維壓縮后得到

3 方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾分析

SAR方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)的原理是截獲到SAR發(fā)射的脈沖信號(hào)后，進(jìn)行高保真采樣和存儲(chǔ)，然后在下一個(gè)或數(shù)個(gè)脈沖重復(fù)周期后轉(zhuǎn)發(fā)除去;然后再接收、采樣、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)。如此交替反復(fù)直到合成孔徑時(shí)間結(jié)束。設(shè)方位向的采樣信號(hào)為［6、7］:

干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)距離向壓縮網(wǎng)絡(luò)匹配濾波器與方位向匹配濾波器后，信號(hào)為［6］:

其中fs為間歇采樣頻率;an=Twfssinc(nTwfs)為幅度加權(quán)系數(shù)，D=Twfs為占空比;可以看出干擾信號(hào)經(jīng)SAR匹配濾波輸出的方位向形成多個(gè)高度逼真，幅度有一定差異的假目標(biāo)。

4 擴(kuò)展干擾區(qū)域范圍方法

已知線性調(diào)頻波的模糊函數(shù)為［8］:

距離向匹配濾波完成脈沖壓縮后的距離變化量為:

由式(17)就可以推算出要沿距離向在距干擾機(jī)ΔR處產(chǎn)生虛假目標(biāo)，只要將干擾機(jī)接收到的信號(hào)乘以一個(gè)頻移相位

假設(shè)產(chǎn)生N個(gè)假目標(biāo)，且第i個(gè)假目標(biāo)距離干擾機(jī)距離為ΔRi那么式(18)可以改進(jìn)為:

為了在方位向擴(kuò)大壓制式干擾信號(hào)的覆蓋范圍，可以將方位向間歇采樣與二維正弦調(diào)頻干擾相結(jié)合，根據(jù)式(9)與式(13)，可得雷達(dá)干擾機(jī)在接收到信號(hào)s0(t，η)后處理的干擾信號(hào)變?yōu)?

上式可以有效地將壓制干擾在方位向進(jìn)行擴(kuò)展但距離向沒(méi)有，干擾范圍還是有限的。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題可將距離向移頻干擾與其結(jié)合，得

5 實(shí)驗(yàn)仿真分析

5.1 基于單點(diǎn)目標(biāo)的仿真分析

仿真參數(shù):載頻3GHz、距離向頻寬50MHz、發(fā)射脈寬5μs、載機(jī)速度100m/s、天線尺寸4m、載機(jī)高度4km。

實(shí)驗(yàn)仿真了6幅圖，說(shuō)明了正弦調(diào)頻干擾、方位向間歇采樣和兩種方法結(jié)合的干擾效果和特性。圖1表示沒(méi)有干擾情況下的點(diǎn)目標(biāo)。圖2為mfr=8、Trsin=1.1Tp、mfa=4、Tasin=4TLsar時(shí)二維正弦調(diào)頻干擾，且覆蓋范圍為方位向(-40m，40m)。圖3為方位向間歇采樣干擾仿真，其中Tw=0.01TLsar、占空比為0.25。圖4仿真了式(20)的干擾效果，參數(shù)與前2幅圖一致。可以看出圖4的壓制式干擾覆蓋范圍距離向與圖2一致，但是方位向覆蓋范圍為(-120m，120m)，覆蓋范圍明顯擴(kuò)大。圖5為距離向移頻干擾，本文仿真了四個(gè)頻譜分量的情況，根據(jù)式(18)ΔRi=［-120-60 60 120］m。圖6為根據(jù)式(21)將距離向移頻、方位向間歇采樣與二維正弦調(diào)頻干擾的組合式干擾方法的干擾效果圖。從圖可以看出相比于圖4壓制干擾覆蓋的區(qū)域擴(kuò)大了4倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了方法的有效性。

5.2 基于圖像目標(biāo)的仿真分析

圖7、8、9分別仿真對(duì)比了在無(wú)干擾、正常二維正弦調(diào)頻干擾、改進(jìn)干擾方法成像的效果。選取圖像場(chǎng)景為320×414m，分辨率為2×2m?？梢钥闯龈倪M(jìn)干擾方法能有效地?cái)U(kuò)展干擾區(qū)域，并且能夠?qū)ζ溆行У剡M(jìn)行覆蓋。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了正弦調(diào)頻干擾、方位向間歇采樣干擾和移頻干擾能夠產(chǎn)生虛假目標(biāo)的原理。一維調(diào)頻會(huì)產(chǎn)生沿一條直線分布的假目標(biāo);因?yàn)榫嚯x向與方位向不相關(guān)，所以將兩向干擾級(jí)聯(lián)合并成為二維干擾時(shí)能產(chǎn)生分布面積較大干擾效果。方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾在保證產(chǎn)生虛假目標(biāo)的同時(shí)，也解決了高速采樣和同時(shí)收發(fā)天線隔離度高的難題，以易于工程實(shí)現(xiàn)、干擾機(jī)理巧妙、欺騙效果好的諸多優(yōu)點(diǎn)。方位向間歇采樣與正弦調(diào)頻干擾相結(jié)合有效地使干擾壓制區(qū)域在方位向進(jìn)行擴(kuò)展，然后將距離向頻移相位加入干擾信號(hào)中使干擾覆蓋區(qū)域在距離向也進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)然本文只是定性的分析了兩種方法的結(jié)合可以擴(kuò)大干擾范圍，但是針對(duì)各種參數(shù)的變化會(huì)對(duì)干擾效果產(chǎn)生不同的影響，需要定量分析。這將是下一步研究的重點(diǎn)方向。

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