基于多輸入多輸出合成孔徑雷達(dá)的二維混合基線(xiàn)抗欺騙干擾方法

曾 錚 張福博 陳龍永* 卜祥璽 周思言

①(中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所微波成像技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100190)

②(中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

1 引言

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)是主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，能全天候、全天時(shí)、實(shí)時(shí)獲取大地域的地面圖像，具有一定的植被和地面穿透能力，對(duì)資源勘察和軍事偵察有重大意義，已廣泛應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子干擾已大范圍普及，對(duì)SAR的欺騙干擾可以在沒(méi)有目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生虛假目標(biāo)，使SAR判斷失誤，從而掩護(hù)真實(shí)目標(biāo)[1-3]。為了使SAR能夠真正應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，對(duì)SAR的抗欺騙干擾研究在當(dāng)前是必要的和緊迫的。從干擾性質(zhì)上來(lái)分，合成孔徑雷達(dá)干擾主要分為壓制性干擾和欺騙性干擾。當(dāng)前階段，壓制性干擾已有較好的對(duì)抗措施[4，5]，而欺騙干擾技術(shù)在信號(hào)處理增益上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，且針對(duì)SAR欺騙干擾的抗干擾措施還非常有限[6，7]，因此研究SAR的抗欺騙性干擾具有重大意義。

目前，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者針對(duì)SAR的抗欺騙性干擾問(wèn)題開(kāi)展了許多研究工作。文獻(xiàn)[8]提出根據(jù)欺騙干擾回波和真實(shí)目標(biāo)回波方向不同的原理，利用距離向多孔徑，對(duì)接收回波使用距離向數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming， DBF)技術(shù)，通過(guò)譜估計(jì)得到欺騙干擾方向，然后計(jì)算加權(quán)系數(shù)，在干擾方向形成零陷，實(shí)現(xiàn)空域?yàn)V波，從而達(dá)到抗欺騙干擾的目的，但此方法要求系統(tǒng)有足夠高的自由度和角分辨精度，天線(xiàn)設(shè)計(jì)難度較大，系統(tǒng)復(fù)雜度較高。文獻(xiàn)[9]提出利用脈沖隨機(jī)相位波形調(diào)制技術(shù)來(lái)對(duì)抗有源假目標(biāo)干擾，并提出一種稱(chēng)為“懲罰函數(shù)”的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)有源假目標(biāo)干擾抑制。該方法實(shí)質(zhì)上屬于脈沖捷變體制的抗干擾方法，要求在發(fā)射信號(hào)帶寬不變的前提下，對(duì)每個(gè)發(fā)射信號(hào)波形都要進(jìn)行不同的調(diào)制操作，增加了信號(hào)調(diào)制和收發(fā)的難度，同時(shí)也大大增加了成像處理的復(fù)雜性，在現(xiàn)階段實(shí)施起來(lái)有相當(dāng)難度。文獻(xiàn)[10]中提出一種新的脈內(nèi)混沌調(diào)相-脈間隨機(jī)編碼的超混沌信號(hào)，增強(qiáng)抗欺騙干擾的能力。但實(shí)際工程中，混沌信號(hào)產(chǎn)生困難，對(duì)分布目標(biāo)成像效果差，在一定程度上犧牲了SAR的成像性能。文獻(xiàn)[11]中提出利用雙孔徑天線(xiàn)獲取的兩幅合成孔徑雷達(dá)圖像的相位差來(lái)檢測(cè)欺騙干擾的新方法，但是該方法只利用了交軌干涉對(duì)欺騙干擾目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)并消除，但消除效果有限。文獻(xiàn)[12]中分析了雙通道對(duì)消抑制合成孔徑雷達(dá)欺騙干擾帶來(lái)的真實(shí)目標(biāo)的損失問(wèn)題，并給出了目標(biāo)損失函數(shù)和參數(shù)分析，這也正是雙通道抗干擾所存在的缺陷。文獻(xiàn)[13]中提出使用小衛(wèi)星分布式合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的多通道干擾抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn)抗干擾。但是該方法需要多顆衛(wèi)星，保持星間同步，同時(shí)需要對(duì)編隊(duì)構(gòu)形優(yōu)化，系統(tǒng)代價(jià)較大。文獻(xiàn)[14]提出利用真假目標(biāo)時(shí)頻分布不同實(shí)現(xiàn)抗欺騙干擾目標(biāo)重建，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)形狀的提取，但當(dāng)虛假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)相距較近時(shí)，該方法不能有效抗干擾。

根據(jù)收發(fā)端的天線(xiàn)數(shù)目，可將雷達(dá)系統(tǒng)分成單發(fā)單收、單發(fā)多收及多發(fā)多收體制。隨著天線(xiàn)數(shù)目的增加，系統(tǒng)自由度逐步提高，雷達(dá)性能穩(wěn)健增長(zhǎng)。然而，受平臺(tái)尺寸與功率孔徑積限制，不能單純依靠提高接收天線(xiàn)數(shù)目來(lái)提升雷達(dá)的性能。在此背景之下，MIMO-SAR就是一種通過(guò)多發(fā)射天線(xiàn)多接收天線(xiàn)來(lái)獲取豐富系統(tǒng)自由度的先進(jìn)合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，它使用多個(gè)孔徑同時(shí)發(fā)射信號(hào)，多個(gè)孔徑接收回波，極大地提高了系統(tǒng)自由度[15]，是當(dāng)前SAR領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其在抗干擾問(wèn)題上也具有相應(yīng)的潛力。本文針對(duì)MIMO-SAR和欺騙干擾的特征，提出先分別獲取不同干涉情況下的相位差并判別是否有欺騙干擾，然后進(jìn)行相位補(bǔ)償后相干積累，從而對(duì)干擾目標(biāo)進(jìn)行抑制，實(shí)現(xiàn)抗欺騙干擾的目的。

本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第2節(jié)主要介紹MIMOSAR抗欺騙干擾模型和算法原理，第3節(jié)為仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，第4節(jié)對(duì)本文內(nèi)容作總結(jié)。

2 基于MIMO-SAR的2維混合基線(xiàn)抗欺騙干擾算法

2.1 基于MIMO-SAR的編碼方案

本文所提MIMO-SAR系統(tǒng)為4發(fā)4收系統(tǒng)，發(fā)射4路信號(hào)，先構(gòu)建一個(gè)發(fā)射矩陣如式(1)所示

其中，f0為發(fā)射信號(hào)載頻，Kr為信號(hào)的線(xiàn)性調(diào)頻率，g(τ) 為門(mén)函數(shù)，τ為快時(shí)間。

則這4路發(fā)射信號(hào)分別為

其中，ω(η) 為 方位包絡(luò)，fac為第2路發(fā)射信號(hào)的多普勒載頻，η為慢時(shí)間，且有如式(3)所示關(guān)系

因此，第n個(gè)接收天線(xiàn)的回波可表示為

將式(4)變換至距離-多普勒域，可得

由式(5)可見(jiàn)，來(lái)自于不同發(fā)射天線(xiàn)的信號(hào)在距離多普勒域中處于不同的多普勒頻率中心(見(jiàn)圖1)，因此可在距離多普勒域中采用帶通濾波方法，有效分離多路發(fā)射天線(xiàn)的信號(hào)。

2.2 基于2維混合基線(xiàn)的欺騙干擾目標(biāo)的判別

目前，SAR的2維假目標(biāo)欺騙干擾方式主要是距離向延時(shí)和方位向多普勒頻率調(diào)制聯(lián)合形成[16-19]，其中距離向延時(shí)欺騙干擾可在距離向形成假目標(biāo)，方位向多普勒頻率調(diào)制可在方位向形成假目標(biāo)，兩者聯(lián)合可形成2維假目標(biāo)。針對(duì)該類(lèi)欺騙干擾方式，本文提出基于MIMO-SAR的2維混合基線(xiàn)抗欺騙干擾方法。本方法的主要原理如下：

(1) 多維信息識(shí)別欺騙干擾

真實(shí)信號(hào)的回波和干擾信號(hào)存在著某些特征上的區(qū)別，例如相位特征上的區(qū)別，這些區(qū)別因?yàn)檠訒r(shí)或者多普勒頻率調(diào)制被隱藏，但如果能夠提取多維信息，如相位信息等，就可以發(fā)現(xiàn)真實(shí)信號(hào)和干擾信號(hào)的區(qū)別，來(lái)區(qū)別是否有干擾，這就有了SAR抗欺騙干擾的前提；

(2) 相位補(bǔ)償抑制干擾目標(biāo)

多通道相干積累的必要條件是通道間相位同步，否則為非相干積累，這一原理可以在SAR抗欺騙干擾上得到應(yīng)用。本文可以通過(guò)相位補(bǔ)償?shù)仁侄?，使得真?shí)目標(biāo)的相位差為0，滿(mǎn)足相干積累，而干擾目標(biāo)的相位差不為0，則不能相干積累。這樣本文就能在判別干擾的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的抑制。

2.2.1 距離向欺騙干擾的判別

本節(jié)首先介紹距離向欺騙干擾產(chǎn)生的機(jī)理，然后介紹基于MIMO-SAR的距離向欺騙干擾的判別。首先，SAR幾何模型圖如圖2所示，X軸為方位向，Y軸為距離向，Z軸為高度向。平臺(tái)高度為h，飛行速度為Vr。 在t=0時(shí)刻，SAR經(jīng)過(guò)坐標(biāo)(0，0，h)處。A點(diǎn)為一真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)，以A點(diǎn)為干擾源，欲在B點(diǎn)位置處產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)。

產(chǎn)生機(jī)理如下，假設(shè)SAR只存在單一收發(fā)共用天線(xiàn)，t=0時(shí)，天線(xiàn)位于APC1點(diǎn)，坐標(biāo)為(0， 0，h)。

設(shè)SAR發(fā)射為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，同式(1)，位于A點(diǎn)處的干擾源接收到的回波信號(hào)表達(dá)式為

式中，τ為快時(shí)間，η為慢時(shí)間，c 為光速，R(η)為瞬時(shí)斜距。在A點(diǎn)處的干擾源接收到上述回波信號(hào)后，干擾機(jī)將接收信號(hào)存儲(chǔ)，并延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)后的回波信號(hào)表達(dá)式為

t1為延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間，如此，SAR接收到的回波信號(hào)比真實(shí)信號(hào)延遲了t1時(shí)間，B點(diǎn)處即為假目標(biāo)出現(xiàn)的位置，設(shè)A點(diǎn)和B點(diǎn)之間距離為d，則

圖1 多普勒頻譜示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of Doppler spectrum

針對(duì)上述欺騙干擾，基于MIMO-SAR的交軌干涉抗距離向延時(shí)欺騙干擾的機(jī)理如下：取4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)中的一對(duì)天線(xiàn)為例，如圖2，t=0時(shí)，天線(xiàn)1位于APC1(0， 0，h)，天線(xiàn)2位于APC2(0，s，h)，交軌干涉的干涉基線(xiàn)長(zhǎng)即為s。在B(B′)位置處，如果該點(diǎn)目標(biāo)是真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)，本文稱(chēng)之為B點(diǎn)，如果該點(diǎn)目標(biāo)是欺騙干擾所產(chǎn)生的假目標(biāo)，本文稱(chēng)之為B′點(diǎn)，現(xiàn)分別比較A點(diǎn)和B(B′)點(diǎn)干涉相位差。

首先計(jì)算A點(diǎn)干涉相位，A點(diǎn)相對(duì)于通道1的瞬時(shí)斜距為

圖2 距離向抗欺騙干擾幾何模型Fig.2 Geometric model of range anti-deception jamming

其中，R0為最近斜距，z為雷達(dá)距離地面的高度。A點(diǎn)相對(duì)于通道2的瞬時(shí)斜距為

再計(jì)算真實(shí)目標(biāo)B點(diǎn)的干涉相位，B點(diǎn)相對(duì)于通道1的瞬時(shí)斜距為

B點(diǎn)相對(duì)于通道2的瞬時(shí)斜距為

于是，B點(diǎn)的干涉相位為

所以，由式(11)和式(14)對(duì)比可以看出，如果是真實(shí)目標(biāo)B點(diǎn)，則其交軌干涉相位和參考點(diǎn)A點(diǎn)是不一致的。而對(duì)于距離延時(shí)欺騙干擾目標(biāo)B′點(diǎn)來(lái)說(shuō)，式(12)和式(13)中，A點(diǎn)與B′點(diǎn)之間的距離d是通過(guò)快時(shí)間 τ的變化生成的，在計(jì)算瞬時(shí)斜距時(shí)，式(12)和式(13)應(yīng)當(dāng)與式(9)和式(10)相同。也就是說(shuō)對(duì)A點(diǎn)做距離延時(shí)所生成的假目標(biāo)B′點(diǎn)干涉相位和A點(diǎn)一致，它們的視角也是相同的。因此，對(duì)于距離向的某位置處未知真假點(diǎn)目標(biāo)而言，本文可以根據(jù)干涉相位與參考點(diǎn)A點(diǎn)是否一致來(lái)判別，一致的是B′點(diǎn)假目標(biāo)，不一致的是B點(diǎn)真實(shí)目標(biāo)。

2.2.2 方位向欺騙干擾的判別

首先，SAR幾何模型圖如圖3所示，X軸為方位向，Y軸為距離向，Z軸為高度向。平臺(tái)高度為h，飛行速度為Vr。 在t=0時(shí)刻，SAR經(jīng)過(guò)坐標(biāo)(0，0，h)處。A點(diǎn)為一真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)，以A點(diǎn)為干擾源，欲在B點(diǎn)位置處產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)。

圖3 方位向抗欺騙干擾幾何模型Fig.3 Geometric model of azimuth anti-deception jamming

方位向欺騙干擾產(chǎn)生的機(jī)理與距離向有著明顯不同，方位向假目標(biāo)的產(chǎn)生是通過(guò)方位向多普勒頻率調(diào)制所產(chǎn)生的。產(chǎn)生機(jī)理如下，假設(shè)SAR只存在單一收發(fā)共用天線(xiàn)，t=0時(shí)，天線(xiàn)也位于APC1點(diǎn)，坐標(biāo)為(0， 0，h)。在A點(diǎn)處的干擾源接收到SAR回波信號(hào)后，采用方位向多普勒頻率調(diào)制來(lái)產(chǎn)生方位向的假目標(biāo)，其多普勒頻率差值只與方位向上的間距有關(guān)。則多普勒頻率差值表示為

其中，d表示A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的距離。因此，為使得干擾信號(hào)與真實(shí)信號(hào)產(chǎn)生上述的多普勒頻率差值，干擾機(jī)調(diào)制后的干擾回波信號(hào)為

針對(duì)上述欺騙干擾，基于MIMO-SAR的順軌干涉抗方位向多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾的機(jī)理如下：取4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)中的一對(duì)天線(xiàn)為例，t=0時(shí)，天線(xiàn)1位于APC1(0， 0，h)，天線(xiàn)2位于APC2(s，0，h)，順軌干涉的干涉基線(xiàn)長(zhǎng)即為s。同樣地，本文分別比較A點(diǎn)和B(B′)點(diǎn)干涉相位差。

首先計(jì)算A點(diǎn)干涉相位，A點(diǎn)相對(duì)于通道1的瞬時(shí)斜距為

A點(diǎn)相對(duì)于通道2的瞬時(shí)斜距為

于是，A點(diǎn)的干涉相位為

再計(jì)算真實(shí)目標(biāo)B點(diǎn)的干涉相位，B點(diǎn)相對(duì)于通道1的瞬時(shí)斜距為

B點(diǎn)相對(duì)于通道2的瞬時(shí)斜距為

于是，B點(diǎn)的干涉相位為

又因?yàn)锳， B兩點(diǎn)的方位位置不同，導(dǎo)致多普勒中心到達(dá)A， B點(diǎn)的時(shí)刻不一樣。假設(shè)飛機(jī)是正側(cè)視的情況下，多普勒中心到達(dá)A點(diǎn)時(shí)刻為

對(duì)B點(diǎn)而言，多普勒中心到達(dá)B點(diǎn)時(shí)刻為

代入則有

將式(25)代入式(22)，則式(22)退化為式(19)。所以，由此看出，如果是真實(shí)目標(biāo)B點(diǎn)，則其順軌干涉相位和參考點(diǎn)A點(diǎn)一致。而對(duì)于方位多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾目標(biāo)B′點(diǎn)，B′點(diǎn)是由A點(diǎn)方位多普勒頻率調(diào)制產(chǎn)生，式(25)不再成立，故而對(duì)B′點(diǎn)而言，干涉相位的表達(dá)式應(yīng)該同式(22)，此時(shí)不能退化為式(19)。因此，本文可以根據(jù)干涉相位與參考點(diǎn)A點(diǎn)是否一致來(lái)判別，一致的是B點(diǎn)真目標(biāo)，不一致的是B′點(diǎn)假目標(biāo)。

2.2.3 2 維混合基線(xiàn)判別欺騙干擾

實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，僅僅實(shí)現(xiàn)距離向或者方位向的欺騙干擾是不夠的，面目標(biāo)才有更好的欺騙性和迷惑性，而實(shí)現(xiàn)面目標(biāo)欺騙干擾的前提是實(shí)現(xiàn)2維點(diǎn)目標(biāo)欺騙干擾。同時(shí)采用距離延時(shí)和方位向多普勒頻率調(diào)制可以產(chǎn)生2維欺騙干擾。針對(duì)這種情況，則需要聯(lián)合交軌干涉相位和順軌干涉相位來(lái)做判別，因此至少需要2維混合基線(xiàn)，本文所提4發(fā)4收MIMO-SAR幾何模型圖如圖4所示。

圖4 2維抗欺騙干擾幾何模型Fig.4 Geometric model for two-dimensional anti-deception jamming

圖4 中，X軸為方位向，Y軸為距離向，Z軸為高度向。平臺(tái)高度為h，飛行速度為Vr。 在t=0時(shí)刻，SAR經(jīng)過(guò)坐標(biāo)APC1(0， 0，h)處。APC2， APC3，APC4為另外3天線(xiàn)位置。取其中一對(duì)為例，APC1和APC2同時(shí)觀測(cè)時(shí)，可以提取交軌干涉相位，APC1和APC3同時(shí)觀測(cè)時(shí)，提取順軌干涉相位。滿(mǎn)足可以提取交軌干涉相位和順軌干涉相位，那么判別上述欺騙干擾就有了依據(jù)，因此可以用2維混合基線(xiàn)的相位信息來(lái)判別目標(biāo)。

2.3 基于MIMO-SAR的相位補(bǔ)償抑制欺騙干擾原理

實(shí)現(xiàn)抗干擾意味著要對(duì)干擾目標(biāo)有一定的抑制效果，而MIMO-SAR系統(tǒng)的相位補(bǔ)償就是實(shí)現(xiàn)抑制的關(guān)鍵步驟。前面已經(jīng)說(shuō)到，對(duì)真目標(biāo)和假目標(biāo)而言，干涉相位之差一定不同，令任意位置處的點(diǎn)目標(biāo)而言，若為真實(shí)目標(biāo)則為B點(diǎn)，若為假目標(biāo)則為B′點(diǎn)。B點(diǎn)相對(duì)通道1的相位為φ1，相對(duì)通道2的相位為 φ2， B點(diǎn)干涉相位為φ2-φ1=Δφ 。B′點(diǎn)相對(duì)通道1的相位為φ1′，相對(duì)通道2的相位為φ2′， B′點(diǎn)干涉相位為φ2′-φ′1=Δφ′。相位補(bǔ)償就是統(tǒng)一將所有目標(biāo)按真目標(biāo)的相位做補(bǔ)償，即將φ1通過(guò)補(bǔ)償Δφ 的相位成為φ2。而對(duì)假目標(biāo)而言，φ′1通過(guò)補(bǔ)償Δφ 的相位不能變成φ2′，這是因?yàn)棣?φ 和Δ φ′不相等的緣故。這樣一來(lái)，補(bǔ)償后再多通道相干積累時(shí)，由于真目標(biāo)相位差為0，可以實(shí)現(xiàn)相干積累，而假目標(biāo)相位差不為0，只能實(shí)現(xiàn)非相干積累，相干積累的目標(biāo)能量一定比非相干積累的目標(biāo)能量強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)假目標(biāo)的抑制。

本文所提MIMO-SAR系統(tǒng)為4發(fā)4收系統(tǒng)，考慮等效相位中心的位置，以第1個(gè)通道發(fā)射第1個(gè)通道接收為基準(zhǔn)，分別計(jì)算在方位頻域上補(bǔ)償相位因子。假設(shè)φ1為 交軌干涉的相位差，φ2為順軌干涉的相位差，基線(xiàn)越長(zhǎng)，需要補(bǔ)償?shù)南辔徊罹驮酱?。則通道1發(fā)1收需要補(bǔ)償?shù)南辔粸?，通道1發(fā)2收需補(bǔ)償?shù)南辔粸?φ1/2，通道1發(fā)3收需補(bǔ)償?shù)南辔粸棣?/2，通道1發(fā)4收需補(bǔ)償?shù)南辔粸? φ1+φ2)/2，依此類(lèi)推，通道4發(fā)4收需補(bǔ)償?shù)南辔粸? φ1+φ2)。補(bǔ)償后各個(gè)通道間累積，累積效果為

其中，s1為通道1發(fā)1收的信號(hào)能量，s∑為所有通道的信號(hào)能量累積和。

總結(jié)上述處理步驟，本文所提SAR抗欺騙干擾方法流程圖如圖5所示。

2.4 欺騙干擾抑制評(píng)估

圖5 方法流程Fig.5 Method flow

為評(píng)估假目標(biāo)的抑制效果，本文采用了雷達(dá)抗干擾改善因子(Electronic Counter Countermeasures Improvement Factor， EIF)作為評(píng)價(jià)因子，雷達(dá)抗干擾改善因子由Johnston提出，是目前為止唯一被IEEE采用的雷達(dá)抗干擾度量模型，其定義為：雷達(dá)未采用抗干擾措施時(shí)系統(tǒng)輸出的干信比與采用抗干擾措施后系統(tǒng)輸出的干信比的比值，即

其中，(J/S)為雷達(dá)未采用抗干擾措施時(shí)系統(tǒng)輸出的干信比；(J/S)′為雷達(dá)采用抗干擾措施后系統(tǒng)輸出的干信比。EIF值越大，表明雷達(dá)采取抗干擾措施后，要想有效地干擾雷達(dá)，必須付出更大的代價(jià)或更難以實(shí)現(xiàn)，因此，雷達(dá)的抗干擾性能就越好。

有了雷達(dá)抗干擾改善因子后，本文就能更好地說(shuō)明4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)的好處。不失一般性地，本文用單發(fā)4收的SAR系統(tǒng)和4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)的EIF仿真，通過(guò)比較證明在相同天線(xiàn)數(shù)目和相同基線(xiàn)長(zhǎng)度下，MIMO-SAR系統(tǒng)比多通道SAR系統(tǒng)抗干擾性能更好。

當(dāng)系統(tǒng)為單發(fā)4收時(shí)，由上節(jié)可知，考慮等效相位中心的位置，以第1個(gè)通道發(fā)射第1個(gè)通道接收為基準(zhǔn)，分別計(jì)算在方位頻域上補(bǔ)償相位因子，通道1發(fā)1收需要補(bǔ)償?shù)南辔粸?， 1發(fā)2收需補(bǔ)償?shù)南辔粸?φ1/2， 1發(fā)3收需補(bǔ)償?shù)南辔粸棣?/2， 1發(fā)4收需補(bǔ)償?shù)南辔粸?(φ1+φ2)/2，則單發(fā)4收的EIF值應(yīng)為

其中，φ1為 交軌干涉的相位差，φ2為順軌干涉的相位差，分子為通道的個(gè)數(shù)。同樣地，當(dāng)系統(tǒng)為4發(fā)4收時(shí)，參考上節(jié)的通道累積公式，則方型基線(xiàn)的EIF值應(yīng)為

最后，為了進(jìn)一步直觀地說(shuō)明4發(fā)4收的MIMO系統(tǒng)比單發(fā)4收的多通道系統(tǒng)所獲得的雷達(dá)抗干擾改善因子(EIF)更好，設(shè)置了如下的仿真，X軸和Y軸分別和交軌干涉和順軌干涉的相位差，取值介于0～2之間，Z軸表示EIF值，紅色部分是4發(fā)4收的MIMO系統(tǒng)，綠色部分是單發(fā)4收的多通道系統(tǒng)。從圖6中可以看出，紅色部分一直處于綠色部分的上方，也就是說(shuō)在相同天線(xiàn)數(shù)目和相同基線(xiàn)長(zhǎng)度下，MIMO-SAR系統(tǒng)比單發(fā)多收SAR系統(tǒng)抗干擾性能更好。計(jì)算取平均值，MIMO-SAR系統(tǒng)比單發(fā)多收SAR系統(tǒng)雷達(dá)抗干擾改善因子提升3倍。

圖6 4發(fā)4收與單發(fā)4收對(duì)比Fig.6 Comparison of 4-in-4-out and 4-in-1-out

3 仿真分析

仿真系統(tǒng)為機(jī)載C波段SAR，仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)Tab.1 Simulation parameters

圖7 點(diǎn)目標(biāo)成像Fig.7 Point target imaging

圖8 真實(shí)目標(biāo)干涉相位Fig.8 Interferometric phase of real target

圖9 干擾目標(biāo)干涉相位Fig.9 Interferometric phase of jamming target

當(dāng)欺騙干擾只采用了距離延時(shí)欺騙干擾時(shí)，利用2維混合基線(xiàn)的交軌干涉相位判別欺騙干擾。圖7-圖9中左邊的是A點(diǎn)，也就是干擾源所處的位置，圖7-圖9右邊的是B點(diǎn)，是真實(shí)目標(biāo)，對(duì)比的是處于相同位置的B′點(diǎn)，是距離延時(shí)欺騙干擾目標(biāo)，圖8，圖9方框中的數(shù)值表示交軌干涉相位。從圖8和圖9中對(duì)比可以看出，B點(diǎn)是真實(shí)目標(biāo)時(shí)，干涉相位和A點(diǎn)處的干涉相位并不相同，而且相差較大。而B(niǎo)′點(diǎn)是欺騙干擾目標(biāo)時(shí)，干涉相位和A點(diǎn)處的干涉相位基本相同，而且相差不大，與理論分析相符。

同樣地，當(dāng)欺騙干擾只采用了方位多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾時(shí)，利用2維混合基線(xiàn)的順軌干涉相位判別欺騙干擾。圖10-圖12中上邊的是A點(diǎn)，也就是干擾源所處的位置，圖10-圖12下邊的是B點(diǎn)，是真實(shí)目標(biāo)，對(duì)比的處于相同位置的B′點(diǎn)是多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾目標(biāo)，圖11，圖12方框中的數(shù)值表示順軌干涉相位。從圖11和圖12中對(duì)比可以看出，B點(diǎn)是真實(shí)目標(biāo)時(shí)，干涉相位和A點(diǎn)處的干涉相位基本相同，而且相差不大。而B(niǎo)′點(diǎn)是欺騙干擾目標(biāo)時(shí)，干涉相位和A點(diǎn)處的干涉相位并不相同，而且相差較大，與理論分析相符。

當(dāng)欺騙干擾同時(shí)采用了距離延時(shí)和方位向多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾時(shí)，利用2維混合基線(xiàn)的交軌干涉和順軌干涉相位聯(lián)合判別。本文設(shè)計(jì)了如下的仿真方案：圖13中，中心點(diǎn)A點(diǎn)有一真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)，同時(shí)也是干擾源所處的位置，其余周?chē)?個(gè)點(diǎn)都是由A點(diǎn)處采用距離延時(shí)、方位多普勒頻率調(diào)制或兩者結(jié)合的方式產(chǎn)生的假目標(biāo)，左右兩端是兩個(gè)真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)。提取交軌干涉和順軌干涉相位分別如表2和表3所示。表中各處的干涉相位與上述對(duì)比，均符合距離向和方位向的假目標(biāo)判決依據(jù)。而圖14是抗干擾后的目標(biāo)成像圖，抗干擾采用的是4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)，處理流程為本文所介紹的算法處理流程。

對(duì)比圖13和14可以發(fā)現(xiàn)：第1，圖14中假目標(biāo)得到了很大程度的抑制，雷達(dá)抗干擾改善因子(EIF)約為29.4 dB。第2，左右兩端和中心點(diǎn)的真目標(biāo)幅值變化0.17 dB，說(shuō)明該抗干擾算法只針對(duì)了假目標(biāo)進(jìn)行抑制，而不會(huì)影響到真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)成像。

圖10 點(diǎn)目標(biāo)成像Fig.10 Point target imaging

圖12 干擾目標(biāo)干涉相位Fig.12 Interferometric phase of jamming target

4 結(jié)束語(yǔ)

圖13 干擾目標(biāo)成像Fig.13 Jamming target imaging

表2 9點(diǎn)目標(biāo)交軌干涉相位Tab.2 Cross-track interference phase of nine-point target

表3 9點(diǎn)目標(biāo)順軌干涉相位Tab.3 Along-track interference phase of nine-point target

本文針對(duì)的是距離延時(shí)和方位多普勒頻率調(diào)制欺騙干擾所帶來(lái)的SAR抗欺騙干擾問(wèn)題，解決問(wèn)題的突破點(diǎn)是利用多維對(duì)抗1維具有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)途徑是通過(guò)相位補(bǔ)償和相干積累來(lái)實(shí)現(xiàn)假目標(biāo)的抑制，并通過(guò)對(duì)比說(shuō)明了4發(fā)4收的MIMO-SAR系統(tǒng)所帶來(lái)的好處，但不局限于4發(fā)4收。在相干積累過(guò)程中，如果能使用超分辨算法將真假目標(biāo)回波的主瓣變窄，這將有利于假目標(biāo)的抑制效果，這也是本文的進(jìn)一步研究方向。

圖14 抗干擾后目標(biāo)成像Fig.14 Target imaging after anti-jamming