逆合成孔徑雷達綜合對抗策略分析

鄭光勇，高 磊，劉國柱

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點實驗室，河南 洛陽 471003）

0 引言

逆合成孔徑雷達（ISAR）是一種微波成像雷達，利用寬頻帶信號提高距離向分辨力、利用目標(biāo)由轉(zhuǎn)動分量帶來的多普勒效應(yīng)提高方位分辨力，從而得到被探測目標(biāo)（如飛機、艦船、導(dǎo)彈等）的高分辨率微波圖像［1］。由于ISAR在目標(biāo)識別方面的巨大作用，其在軍事上得到廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的GBR即采用ISAR體制，它能夠從彈頭、碎片和各種誘餌中分辨出真實彈頭，為導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)及時準(zhǔn)確地提供目標(biāo)信息［2－3］。由于ISAR 在軍事上的巨大作用，ISAR 對抗技術(shù)成為當(dāng)前的研究熱點。

ISAR對抗方法主要包括：無源干擾，壓制干擾和欺騙干擾等。文獻［4～8］為近年來較有代表性的ISAR干擾方面的論文，分別提出了不同的干擾方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對ISAR的壓制和欺騙等干擾效果。這些干擾方法基本上都是對ISAR雷達的成像環(huán)節(jié)進行干擾，并認(rèn)為ISAR信號能夠獲得很高的二維處理增益，因此要對ISAR雷達實施有效干擾，需要很高的干擾功率或者設(shè)計復(fù)雜的干擾算法。

實際上，ISAR雷達在成像過程中，需要經(jīng)歷對目標(biāo)的窄帶跟蹤、寬帶信號發(fā)射與接收、距離壓縮、包絡(luò)對齊、初相校正、方位壓縮等典型的處理過程，這是一個串行的處理過程，其中任何一個環(huán)節(jié)受到干擾，都能對ISAR的成像產(chǎn)生影響。因此，根據(jù)ISAR成像過程的特點，本文認(rèn)為可以對ISAR采取綜合對抗措施，這能夠有效地提高干擾效果，并降低干擾信號生成的復(fù)雜程度。

1 ISAR成像流程分析

ISAR對運動目標(biāo)成像，為了形成高清晰圖像，需要發(fā)射帶寬從幾百兆赫茲到上吉赫茲的寬帶信號；為了提高探測距離，信號脈寬通常達到上百微秒。ISAR信號的大帶寬和大脈寬特征極大地增加了雷達信號處理的負(fù)擔(dān)，因此，ISAR雷達在寬帶成像時，通常只在被成像目標(biāo)附近開一個距離窗，只記錄和處理此距離窗內(nèi)的目標(biāo)回波信號。因此能夠事先跟蹤上目標(biāo)是成像的基礎(chǔ)。

為了解決目標(biāo)跟蹤和成像問題，ISAR成像系統(tǒng)通常采用交替發(fā)射窄帶信號和寬帶信號的工作模式，發(fā)射窄帶信號進行跟蹤，發(fā)射寬帶信號進行成像。ISAR在接收到目標(biāo)的寬帶回波信號后，可以采用直接脈沖壓縮或去斜處理等不同的距離壓縮處理方法，然后經(jīng)歷包絡(luò)對齊、平動補償和方位向壓縮等處理，實現(xiàn)ISAR對目標(biāo)的成像。圖1是一個典型的直接脈沖壓縮ISAR成像的處理流程圖。

圖1 典型的ISAR成像流程

2 ISAR對抗策略分析

在ISAR成像過程中，各個處理環(huán)節(jié)具有不同抗干擾能力，因此，針對易受干擾的環(huán)節(jié)進行干擾，可以取得事半功倍的效果。通過分析可以看出，在ISAR成像過程中，窄帶跟蹤、包絡(luò)對齊、相位校正等是容易受干擾的環(huán)節(jié)，通過對這些環(huán)節(jié)的組合干擾，能夠影響ISAR雷達的成像質(zhì)量，甚至使ISAR雷達無法成像。

2.1 對跟蹤雷達的干擾

相對于寬帶雷達信號，窄帶雷達信號的時寬－帶寬積更小，其在進行脈沖壓縮時，獲得的處理增益更小，因此更容易被干擾。對窄帶雷達的有源干擾方法很多，包括：噪聲壓制干擾、相干壓制干擾、假目標(biāo)欺騙、密集假目標(biāo)壓制干擾等。各種不同的干擾方法，只要干擾信號足夠強，都能給對窄帶雷達形成強烈的干擾，使其不能發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)。

在ISAR成像過程中，窄帶跟蹤模式主要向?qū)拵С上衲Ｊ教峁┠繕?biāo)的位置信息，在干擾時，只要使雷達不能及時地獲取真實目標(biāo)的位置信息，即可實現(xiàn)有效的干擾。因此，考慮當(dāng)前干擾技術(shù)的發(fā)展水平和硬件條件，采用密集多假目標(biāo)干擾能夠形成良好的干擾效果。

對窄帶跟蹤雷達實施密集多假目標(biāo)干擾的仿真如圖2所示?？梢钥闯?，實施多假目標(biāo)的干擾，從視覺上難以區(qū)分真假目標(biāo)；即便是采取各種自動跟蹤識別措施，在假目標(biāo)足夠密集時，雷達也難以剔除干擾，發(fā)現(xiàn)真目標(biāo)。

圖2 密集多假目標(biāo)壓制干擾仿真圖

由于多假目標(biāo)干擾多采用數(shù)字儲頻（DRFM）、數(shù)字化干擾源（DJS）等干擾技術(shù)，使干擾信號與雷達回波信號相參，可以極大地節(jié)省干擾功率，提高了干擾效率［9］，非常適合于戰(zhàn)斗機、無人機、導(dǎo)彈等飛行器的自衛(wèi)式干擾。

2.2 對ISAR一維像的干擾

ISAR進行距離向脈沖壓縮后，形成各重頻周期的距離向一維像，通過進行包絡(luò)對齊，提供給下一步的平動補償和方位向脈沖壓縮處理。如果一維像受到嚴(yán)重干擾，無法進行包絡(luò)對齊，則不能進行下一步的處理，從而無法實現(xiàn)對目標(biāo)成像與識別。與對普通雷達干擾一樣，只要干擾信號的功率足夠大，便能形成有效的干擾，使ISAR的距離向一維像無法識別和處理。

相對于二維成像能夠獲得二維處理增益，一維像只獲得了脈沖壓縮的一維處理增益，因此從功率方面看，對一維像進行干擾，干擾信號功率可以更小，更為容易實現(xiàn)。當(dāng)目標(biāo)搭載干擾機進行自衛(wèi)式干擾時，干擾信號從ISAR天線的主瓣進入，因此可以給出對距離向一維像的干擾方程為：

式中，PtGt、PjGj分別為雷達和干擾機的等效輻射功率，k為干擾信號的功率系數(shù)；σ、R分別為目標(biāo)的RCS和距離；Lr、Lj分別為雷達信號和干擾信號的損耗；Nr、Nj分別為雷達信號和干擾信號一維像處理增益，對于線性調(diào)頻雷達而言，Nr＝Bτ。

從干擾方程可以看出，雖然雷達信號能得到一維處理增益，但是由于干擾信號為單程信號，雷達信號為雙程信號，因此即便采取噪聲干擾，只要有適當(dāng)?shù)母蓴_功率，也能得到較好的干擾效果，使雷達的一維像難以辨別，從而無法進行包絡(luò)對齊以后的處理。在民航飛機的ISAR實測數(shù)據(jù)中加入不同干信比的噪聲干擾的仿真結(jié)果如圖3～5所示。

圖3 一維像干擾仿真結(jié)果

圖4 包絡(luò)對齊仿真結(jié)果

圖5 二維成像干擾仿真結(jié)果

理論上，ISAR信號能夠得到40～50dB以上的二維處理增益，噪聲信號需要超過ISAR信號能量40～50dB以上，才能形成完全的壓制干擾。從仿真結(jié)果中可以看出，ISAR雷達成像時，10dB的噪聲干擾在ISAR的一維距離像中形成了明顯的干擾，但是在二維成像中由于二維處理增益的作用，10dB的噪聲干擾對成像幾乎沒有什么影響。但是在30dB的噪聲干擾作用下，ISAR雷達的一維像受到干擾，無法進行包絡(luò)對齊，嚴(yán)重地影響了ISAR的成像效果，無法識別目標(biāo)。

2.3 對相位校正的干擾

ISAR回波信號在通過包絡(luò)對齊處理后，同一個散射點在不同幀脈沖回波的一維像上的位置基本對齊，但是在通常情況下，精度還不夠，還需要進行相位校正，繼續(xù)消除平動分量對回波相位的影響。目前，常用的相位補償?shù)姆椒ㄓ卸喾N，包括：多普勒中心跟蹤法、相位梯度自聚焦法等。如果ISAR相位校正不準(zhǔn)確，也將嚴(yán)重影響其二維成像效果［10］。民航飛機實測數(shù)據(jù)在相位校正前后的成像效果如圖6所示。

從圖中可以看出，相位校正對ISAR的二維成像影響很大。實際上，噪聲干擾能夠?qū)SAR的相位校正產(chǎn)生很大的影響，噪聲信號能夠使ISAR無法準(zhǔn)確得到相鄰單元真實目標(biāo)回波的相位差別，從而使相位補償不準(zhǔn)確。當(dāng)目標(biāo)有強回波點時，回波強度可能大于噪聲干擾，將有助于其相位校正。為了破壞相位校正，在每個周期的噪聲干擾中隨機加入幾個強假目標(biāo)，使假目標(biāo)強度大于回波強度，并對假目標(biāo)進行隨機相位調(diào)制，這將有效地干擾ISAR的相位校正。

圖6 相位校正對成像的影響

2.4 其他干擾措施

從干擾方程（1）可以看出，目標(biāo)回波信號的強弱直接影響著雷達回波信號的強弱，因此通過增加目標(biāo)的隱身設(shè)計，如優(yōu)化目標(biāo)的外形、使用吸波涂層、使用非金屬復(fù)合材料等，降低目標(biāo)的RCS，可進一步強化干擾信號在正常雷達信號面前的功率優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)ISAR成像的數(shù)據(jù)處理原理和特點，提出了對ISAR成像的綜合對抗方法，通過多種干擾措施，力求使ISAR看不見目標(biāo)、跟不上目標(biāo)、對不齊回波、成不了二維圖像，有效地破壞ISAR雷達對目標(biāo)的成像，從而使ISAR無法得到清晰準(zhǔn)確的目標(biāo)圖像，無法辨認(rèn)識別目標(biāo)。

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