一種SAR壓制干擾區(qū)域擴(kuò)展的方法改進(jìn)

羅 強(qiáng)，朱守保，閆常浩，童創(chuàng)明

（1.第二炮兵工程學(xué)院 101教研室，陜西 西安 710025；2.空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原 713800）

合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，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[1]。不論在民用還是在軍事領(lǐng)域，合成孔徑雷達(dá)占據(jù)著越來越重要的地位，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)己方的目標(biāo)成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)（EW）中的重要課題[2]。

壓制式干擾是對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行噪聲覆蓋，使敵方不能夠?qū)μ囟▍^(qū)域成像。筆者分析了正弦調(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。方位向間歇采樣可產(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)。筆者將兩種方法結(jié)合，得到一種易于工程實(shí)現(xiàn)且能夠有效擴(kuò)大壓制式干擾區(qū)域的干擾方法。

1 正弦調(diào)頻干擾信號(hào)頻譜分析

設(shè)合成孔徑雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式為：

其中，A0為信號(hào)幅度；fc為信號(hào)載頻；Kr為信號(hào)的調(diào)頻率。對(duì)于距離向正弦調(diào)頻信號(hào)模型為

式中Jl（mfr）為第一類i階貝塞爾函數(shù)。經(jīng)過與距離壓縮網(wǎng)絡(luò) s*（-t）卷積得

其中sr（t）為未經(jīng)干擾匹配濾波后的信號(hào)?？梢钥闯稣艺{(diào)頻相當(dāng)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行了無數(shù)次頻譜搬移，根據(jù)移頻原理可知，這樣會(huì)造成無數(shù)個(gè)虛假目標(biāo)點(diǎn)。實(shí)際上由于貝塞爾函數(shù)值的大小和接收帶寬的影響產(chǎn)生的有效虛假目標(biāo)數(shù)目還是有限的。由移頻原理可知虛假目標(biāo)之間的距離為

對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過壓縮網(wǎng)絡(luò)后形成的sinc脈沖的距離寬度（距離向分辨率ρr）為：

由式（5）與式（6）可知，若 Tp≤Trsin，則 △xr≤ρr那么虛假目標(biāo)在空間上不能被區(qū)分開，那么就會(huì)形成壓制式干擾模式。

因?yàn)榉轿幌蛐盘?hào)也是線性調(diào)頻信號(hào)，所以分析方法與結(jié)果與距離向有相似性。設(shè)s0（t，η）為干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號(hào)，對(duì)于方位向正弦調(diào)頻信號(hào)模型為[4-5]

結(jié)合式（3）可得

經(jīng)過與方位向壓縮網(wǎng)絡(luò) s*（t，-η）卷積，結(jié)合式（4）得到

其中，η為方位向慢時(shí)間；sra（t，η）為未經(jīng)干擾信號(hào)的壓縮輸出。由于距離向與方位向正弦調(diào)頻干擾相互獨(dú)立互不干擾，所以二維正弦調(diào)頻干擾信號(hào)為

結(jié)合式（4）與式（9），可以推出 sj（t，η）在經(jīng)過二維壓縮后得到

2 改進(jìn)的干擾方法

2.1 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)，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；由式（14）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)。

2.2 擴(kuò)展干擾區(qū)域范圍方法

為了在方位向擴(kuò)大壓制式干擾信號(hào)的覆蓋范圍，可將兩種方法進(jìn)行有效的結(jié)合，因?yàn)閮煞N方法相互獨(dú)立，那么結(jié)合式（10）與式（13）可得雷達(dá)干擾機(jī)在接收到信號(hào) s0（t，η）后處理信號(hào)變?yōu)?/p>

3 實(shí)驗(yàn)仿真分析

由上面的分析可知，不論是正弦調(diào)頻干擾還是間歇采樣干擾，不同的參數(shù)設(shè)置會(huì)產(chǎn)生不同的干擾效果。由于研究的主要方向?yàn)閴褐剖礁蓴_，所以在試驗(yàn)中僅對(duì)產(chǎn)生壓制式干擾效果的參數(shù)進(jìn)行仿真。實(shí)驗(yàn)仿真參數(shù)為載頻3 GHz、距離向頻寬50 MHz、發(fā)射脈寬 5 μs、載機(jī)速度 100 m/s、天線尺寸 4 m、測(cè)繪中心坐標(biāo)（10 000，0）、載機(jī)高度 4 000 m。

圖1 無干擾點(diǎn)目標(biāo)Fig.1 Point target figure without jamming

圖2 距離向正弦調(diào)頻干擾Fig.2 Sinusoidal FM jamming on distance range

圖3 方位向正弦調(diào)頻干擾Fig.3 Sinusoidal FM on azimuth

實(shí)驗(yàn)仿真了6幅圖，說明了正弦調(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，由于觀察的需要對(duì)每幅圖都進(jìn)行了局部放大處理。首先圖1表示沒有干擾情況下的點(diǎn)目標(biāo)。圖2與圖3是為了說明正弦調(diào)制信號(hào)能分別在距離向和方位向產(chǎn)生壓制式干擾效果。其中圖2仿真了當(dāng)mfr=8、Trsin=1.1Tp情況下的干擾效果，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出此時(shí)相鄰脈沖不能有效分開，形成了壓制式的干擾效果。圖3仿真在mfa=4、Tasin=4TLsar情況下的干擾效果，仿真結(jié)果與距離向一樣都形成了壓制的干擾效果。圖4為二維正弦調(diào)頻干擾，距離向和方位向的參數(shù)與圖2、圖3一致，此種情況下干擾信號(hào)會(huì)產(chǎn)生覆蓋一定區(qū)域噪聲，且覆蓋范圍為方位向（-40 m，40 m）。圖5為方位向間歇采樣干擾仿真，其中Tw=0.01TLsar，占空比0.25。圖6為將兩種方法結(jié)合的干擾效果，參數(shù)與前5幅圖一致?？梢钥闯鰣D6的壓制式干擾覆蓋范圍距離向與圖4一致，但是方位向覆蓋范圍為（-120 m，120 m）。覆蓋范圍明顯擴(kuò)大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了方法的有效性。

圖4 二維正弦調(diào)頻干擾Fig.4 2-D sinusoidal FM jamming

圖5 方位向間歇采樣干擾Fig.5 Azimuth intermittent sampling jamming

圖6 兩種方法結(jié)合的干擾Fig.6 Jamming of two methods combined

4 結(jié)束語

本文分析了正弦調(diào)頻干擾、方位向間歇采樣能夠產(chǎn)生虛假目標(biāo)的原理。從一維正弦調(diào)頻入手，發(fā)現(xiàn)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，發(fā)現(xiàn)二維干擾能產(chǎn)生分布面積較大干擾效果。以產(chǎn)生壓制式干擾為研究重點(diǎn)，已實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了能產(chǎn)生覆蓋一定區(qū)域的壓制式干擾。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)[6]。本文結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，推出一種可以有效擴(kuò)大干擾覆蓋范圍的方法，并且利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性和高效性。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要方向。

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