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    對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)軌跡彈載SAR的二維移頻干擾研究

    2012-06-01 02:54:54羅玉亨
    電子科技 2012年1期
    關(guān)鍵詞:移頻調(diào)頻頻域

    羅玉亨

    (西安電子科技大學(xué)信息對(duì)抗研究所,陜西西安 710071)

    目前合成孔徑雷達(dá)已在不同載體上應(yīng)用,并取得了良好的效果[1]。在彈載平臺(tái)的大斜視、非勻速、快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,相關(guān)算法也已成熟[2-4]。隨著應(yīng)用的進(jìn)一步普及,對(duì)彈載SAR的干擾也急需展開(kāi)研究。

    脈沖壓縮信號(hào)時(shí)延和頻移存在強(qiáng)耦合特性,可利用脈沖壓縮信號(hào)的這個(gè)特性,對(duì)信號(hào)移頻來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的有效干擾。目前對(duì)正側(cè)視恒定速度的SAR雷達(dá)的移頻干擾已有相關(guān)文獻(xiàn)[5,7]。文中針對(duì)在俯沖彈道前斜視情況下,對(duì)彈載SAR雷達(dá)進(jìn)行二維移頻干擾的理論分析。

    1 移頻干擾基礎(chǔ)

    其中,f0是載波中心頻率;k為線性調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻斜率;Tp為信號(hào)脈沖寬度,信號(hào)的帶寬B=kTp。干擾機(jī)

    設(shè)脈沖壓縮雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)為[5]對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)附加一個(gè)fd的移頻量轉(zhuǎn)發(fā)出去,成為干擾信號(hào)

    設(shè)雷達(dá)接收端的匹配函數(shù)為

    則干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)匹配濾波器的輸出為

    2 對(duì)彈載SAR移頻干擾

    2.1 彈載俯沖SAR空間幾何模型

    圖1 對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)移頻干擾效果圖

    圖2 俯沖彈道SAR成像空間模型

    根據(jù)圖示關(guān)系,有以下等式成立

    將式(5)代入式(6)中,并令

    則式(6)可化為

    因?yàn)槌上駮r(shí)間很短,將R(tm;r)在tm=0處按泰勒展開(kāi),保留到三階

    其中

    2.2 彈載SAR二維移頻干擾

    假設(shè)雷達(dá)發(fā)送的線性調(diào)頻信號(hào):s(t^)=wr(t^)exp(jπk t^2),同時(shí)假設(shè)雷達(dá)干擾機(jī)在O點(diǎn),干擾機(jī)截獲到雷達(dá)信號(hào)后,附加一個(gè)移頻量轉(zhuǎn)發(fā)出去,并且給每一個(gè)雷達(dá)脈沖都附加一個(gè)固定的相位增量[7],則雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)如式(13)所示。

    其中,R(tm)為干擾機(jī)到雷達(dá)的瞬時(shí)斜距,第3個(gè)相位是附加的距離向移頻量,與快時(shí)間有關(guān),影響的是距離向的聚焦位置;第4個(gè)相位是附加的固定相位增量,與慢時(shí)間有關(guān),影響的是方位向的聚焦位置。

    首先對(duì)雷達(dá)回波沿距離向FFT,根據(jù)駐定相位法,得到距離頻域表達(dá)式為

    用式(16)進(jìn)行距離走動(dòng)校正[4]

    距離走動(dòng)校正后,距離頻域信號(hào)變?yōu)?/p>

    對(duì)式(17)利用駐定相位法和級(jí)數(shù)反演法[8-9],沿方位向FFT,得到二維頻域信號(hào)

    其中

    彈載SAR成像算法在補(bǔ)償相位時(shí),用的是以下相位函數(shù)[4]

    整理得到式(22)

    對(duì)于式(22)中的第一個(gè)式子

    在彈載SAR成像算法中,只能補(bǔ)償式(22)中的φ0(fa)、φ1(fa)、φ2(fa)、φ3(fa),其他的相位則不能夠補(bǔ)償,這里把式(22)這4個(gè)相位中多余殘留相位分別稱為零次相位殘留誤差、一次殘留誤差、二次殘留誤差和三次殘留相位。從式(22)看出,信號(hào)經(jīng)過(guò)方位向移頻后,雷達(dá)成像算法在二維頻域補(bǔ)償時(shí),不能將相位補(bǔ)償完全,會(huì)有殘留的相位存在,其中φ'0(fa)項(xiàng)的殘留影響聚焦位置,φ'1(fa),φ'2(fa),φ'3(fa)項(xiàng)的殘留影響聚焦效果。這種耦合殘留會(huì)給造成雷達(dá)散焦[2],故得出結(jié)論:方位向移頻干擾形成的假目標(biāo)不如原信號(hào)的聚焦效果良好,會(huì)出現(xiàn)散焦效果,下面定量分析各次殘留耦合相位的大小。

    對(duì)二維頻域信號(hào),乘以補(bǔ)償因子[4]

    圖3 二維頻域展開(kāi)各次相位隨移頻量的變化關(guān)系

    補(bǔ)償后信號(hào)二維頻域表達(dá)式為

    對(duì)式(29)作距離向的IFFT,得到

    用式(31)進(jìn)行方位向補(bǔ)償[4]

    補(bǔ)償后信號(hào)變?yōu)?/p>

    對(duì)式(32)中的,只影響聚焦效果,不影響聚焦位置,因?yàn)橐话闱闆r下很小,對(duì)聚焦情況影響也不是很大,在研究移頻干擾的假目標(biāo)位置時(shí)可以將其暫時(shí)忽略,忽略之后,沿方位向的IFFT,變換后信號(hào)為

    圖4 目標(biāo)方位向位移量隨的變化關(guān)系

    3 仿真結(jié)果

    在彈載SAR干擾仿真時(shí),參數(shù)如表1,表2所示。

    表1 雷達(dá)仿真參數(shù)

    表2 導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)

    圖5 fad=0 Hz,frd= -0.001 fc

    圖 6 fad=0 Hz,frd= -0.000 5 fc

    圖7和圖8每次脈沖轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),都增加一個(gè)固定的相位。當(dāng)fad=200 Hz和fad=500 Hz兩種情況時(shí),從成像結(jié)果看出,假目標(biāo)方位向上的移動(dòng)分別為Δx1=25 m,Δx2=62 m,這與前面理論求得的偏移量Δxa=-2(fad)V0完全符合,其中,V0是速度的合矢量。但當(dāng)fad=500 Hz時(shí),假時(shí)標(biāo)出現(xiàn)散焦現(xiàn)象,故為形成較為相似的假目標(biāo),方位向移頻量不宜過(guò)大。

    圖9是二維移頻干擾結(jié)果,可以看出,距離維和方位維移頻干擾是相互獨(dú)立的,并不相互影響。假目標(biāo)在距離向頻移frd=-0.004fc,使得目標(biāo)在距離向位置偏移了Δy=50 m。方位維移頻量為fad=500 Hz,目標(biāo)在方位維位移量為Δx=62 m。二者同時(shí)作用可形成二維聯(lián)合干擾,提高了干擾的靈活性。

    圖 9 fad=500 Hz,frd= -0.000 5 fc

    4 結(jié)束語(yǔ)

    介紹了對(duì)彈載SAR二維移頻干擾的必要性,從彈載SAR的算法入手,完成了彈載SAR的二維移頻干擾的公式理論推導(dǎo),得出了彈載SAR二維移頻干擾的一些結(jié)論。首先求出了距離移頻量和位移量的線性關(guān)系,該表達(dá)式與常規(guī)線性調(diào)頻信號(hào)移頻干擾關(guān)系相同;其次得出方位移頻和距離移頻干擾,可以相互獨(dú)立作用形成二維聯(lián)合干擾的結(jié)論;最后求出了方位維偏移量與移頻量關(guān)系,此時(shí)不再與距離移頻和位移量的關(guān)系相似,滿足的是一種非線性關(guān)系。論文最后仿真驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。

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