基于混沌編碼的OFDM雷達(dá)ISAR成像抗干擾性能分析

簡柏楊

摘 要：文章主要研究了基于混沌編碼的OFDM（COFDM）雷達(dá)ISAR成像技術(shù)。首先通過優(yōu)化互補(bǔ)編碼技術(shù)得到COFDM雷達(dá)的一維距離像，然后介紹了多載頻寬帶信號(hào)的ISAR成像原理，通過設(shè)置不同的編碼矩陣，比較了優(yōu)化互補(bǔ)COFDM脈沖對(duì)組成的脈沖串與COFDM脈沖串信號(hào)的ISAR成像結(jié)果，通過研究某種特定欺騙干擾情況下COFDM雷達(dá)的ISAR成像，驗(yàn)證其良好的抗干擾性能。

關(guān)鍵詞：COFDM；優(yōu)化互補(bǔ)；ISAR成像；抗干擾

中圖分類號(hào)：TN957.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0065-05

逆合成孔徑雷達(dá)（inverse synthetic aperture radar，ISAR）成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空間目標(biāo)檢測和彈道導(dǎo)彈防御等領(lǐng)域，而在OFDM新體制雷達(dá)成像技術(shù)的研究中，已有關(guān)于SAR成像的一些仿真分析結(jié)果[1][2]，但是對(duì)于ISAR成像的研究成果較少。

本文結(jié)合混沌編碼技術(shù)，通過尋求優(yōu)化互補(bǔ)編碼，對(duì)COFDM ISAR成像進(jìn)行相關(guān)的嘗試，通過仿真分析，驗(yàn)證了其良好的抗干擾性能。

1 基于互補(bǔ)編碼技術(shù)的OFDM雷達(dá)一維距離像

借鑒旁瓣對(duì)消、主瓣增強(qiáng)的互補(bǔ)編碼思想，在發(fā)射COFDM信號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)射一組最佳互補(bǔ)COFDM信號(hào)，通過旁瓣對(duì)消處理可以達(dá)到抑制回波信號(hào)的脈壓輸出旁瓣的目的。

2 COFDM雷達(dá)ISAR的成像原理

3 COFDM ISAR成像抗欺騙干擾

COFDM信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力[6]，目前雷達(dá)的干擾主要分為壓制性干擾和欺騙干擾[7]，此處主要研究了COFDM信號(hào)抗欺騙干擾的情況。

欺騙式干擾機(jī)模擬目標(biāo)回波信號(hào)作用于雷達(dá)的目標(biāo)檢測和跟蹤系統(tǒng)，以假代真或真假混雜，雷達(dá)往往在不知不覺中就受到了干擾，從而不能正確地檢測真正的目標(biāo)或者目標(biāo)參數(shù)信息。

假設(shè)干擾機(jī)從接收到第m-1個(gè)脈沖信號(hào)開始，數(shù)字儲(chǔ)頻并進(jìn)行幅度調(diào)制、相位延遲、復(fù)制疊加等變換產(chǎn)生欺騙干擾信號(hào)，和雷達(dá)第m個(gè)脈沖信號(hào)回波同時(shí)到達(dá)接收端。

4 仿真分析

以下結(jié)合優(yōu)化互補(bǔ)編碼技術(shù)，就抗欺騙式干擾模式下的COFDM雷達(dá)ISAR成像在matlab平臺(tái)上進(jìn)行系列仿真實(shí)驗(yàn)。

分別比較圖2中初相加權(quán)IS COFDM和NIS COFDM成像結(jié)果，初相加權(quán)IS COFDM脈沖串在方位向上有一些模糊的影像，可能是由于目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的微多普勒頻移造成方位向上目標(biāo)的平移，但是此時(shí)回波信號(hào)的峰均包絡(luò)比為1，能夠很好的滿足雷達(dá)硬件發(fā)射條件，而NIS COFDM信號(hào)在方位向上的平移影像幾乎不存在，成像結(jié)果非常理想，但是此時(shí)的信號(hào)峰均包絡(luò)比相對(duì)有所增加，難以達(dá)到小于2的發(fā)射條件，需要進(jìn)一步的研究。

比較圖2（a）和圖（c），互補(bǔ)編碼條件下的微多普勒平移影像在一定程度上被抑制，但是此時(shí)的互補(bǔ)編碼脈沖的峰均包絡(luò)比有所提高。綜合比較而言，四種情況下的成像結(jié)果都較為清晰，但是初相加權(quán)IS COFDM脈沖的峰均包絡(luò)比較低。

當(dāng)回波信號(hào)中存在欺騙干擾時(shí)，該干擾信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)在方位向和距離像上各相差20 m，初相加權(quán)IS COFDM和NIS COFDM脈沖串信號(hào)相對(duì)于圖2（a）在距離向上的干擾被抑制掉，而方位向上的干擾依舊存在。

比較圖3中的圖（a）和圖（c）可知，雖然干擾信號(hào)強(qiáng)度要高于原信號(hào)，但是優(yōu)化互補(bǔ)編碼信號(hào)的ISAR成像結(jié)果很好地解決了方位向干擾的影響，對(duì)于相對(duì)雷達(dá)距離不變（原地運(yùn)動(dòng)）的目標(biāo)來說，具有很好的抗干擾性能。

假設(shè)飛機(jī)保持水平運(yùn)動(dòng)速度為？淄，遠(yuǎn)離雷達(dá)為正，同時(shí)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若設(shè)定目標(biāo)飛行方向與雷達(dá)視線的起始夾角為？茁=0，？淄=2 000 m/s，轉(zhuǎn)動(dòng)速度W=3.4 rad/s，在無干擾情況下，上述四種情況的成像結(jié)果，如圖4（a）、（b）、（c）、（d）所示。

各強(qiáng)散射點(diǎn)由于速度的影響造成了散射點(diǎn)在距離和方位上的發(fā)散，導(dǎo)致目標(biāo)的輪廓相對(duì)圖2要模糊一些。由于信號(hào)初相的影響，在慢時(shí)間上多了一個(gè)一次相位項(xiàng)，造成了ISAR成像結(jié)果在方位向上的偏移，若在距離像上進(jìn)行初相自聚焦補(bǔ)償，則可得到的成像結(jié)果，如圖5（a）、（b）、（c）、（d）所示。

此時(shí)目標(biāo)的二維像經(jīng)初相補(bǔ)償能夠很好的反映目標(biāo)的位置，但是目標(biāo)的輪廓清晰度降低。假設(shè)飛機(jī)的狀態(tài)不變，在雷達(dá)接收回波時(shí)加入與圖3相同的欺騙干擾信號(hào)，上述四種情況下目標(biāo)的ISAR成像圖，如圖6（a）、（b）、（c）、（d）所示。

此時(shí)，非互補(bǔ)編碼脈沖對(duì)組成的信號(hào)方位向的干擾較為嚴(yán)重，信號(hào)被淹沒在干擾中，而互補(bǔ)情況下的二維像能夠很好的反映目標(biāo)的輪廓和位置，但是方位向產(chǎn)生了一定程度的偏移。將圖6中（c）（d）兩種情況進(jìn)行初相補(bǔ)償，如圖7（a）、（b）所示。

此時(shí)的ISAR成像結(jié)果與圖5一樣，雖然目標(biāo)輪廓相對(duì)模糊，但是在觀測范圍內(nèi)目標(biāo)的二維像基本上不受干擾的影響，對(duì)方位向的干擾有一定的抑制作用。

綜上所述，優(yōu)化互補(bǔ)編碼OFDM信號(hào)在ISAR成像的過程中體現(xiàn)出較強(qiáng)的抗欺騙干擾的能力，具有進(jìn)一步研究的價(jià)值。

5 結(jié) 語

本文研究了COFDM雷達(dá)ISAR成像原理，比較了優(yōu)化互補(bǔ)COFDM脈沖對(duì)組成的脈沖串與COFDM脈沖串信號(hào)的ISAR成像結(jié)果，并著重研究了欺騙干擾下的成像結(jié)果，通過仿真驗(yàn)證了其良好抗欺騙干擾性能。文章僅考慮了低速情況下目標(biāo)的ISAR成像，當(dāng)采用互補(bǔ)編碼OFDM脈沖串信號(hào)時(shí)，可獲得距離和方位精度都較高的成像結(jié)果，但是由于沒有進(jìn)行速度補(bǔ)償和目標(biāo)微動(dòng)特征研究，散射點(diǎn)容易產(chǎn)生越距離單元走動(dòng)現(xiàn)象和多普勒失配現(xiàn)象，需要對(duì)高速運(yùn)動(dòng)情況COFDM雷達(dá)ISAR成像進(jìn)一步研究。

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