合成孔徑雷達抗干擾技術(shù)研究?

劉尚富 胡 輝

（1.海軍工程大學 武漢 430000）（2.海軍士官學校 蚌埠 233012）

1 引言

合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar），是利用合成孔徑原理，實現(xiàn)高分辨的微波成像，具備全天時、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點，最初主要是機載、星載平臺，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彈載、地基SAR、無人機SAR、臨近空間平臺SAR、手持式設(shè)備等多種形式平臺搭載的合成孔徑雷達，廣泛用于軍事、民用領(lǐng)域［1］。

SAR用一個小天線作為單個輻射單元，將此單元沿一直線不斷移動，在不同位置上接收同一地物的回波信號并進行相關(guān)解調(diào)壓縮處理。一個小天線通過“運動”方式就合成一個等效“大天線”，這樣可以得到較高的方位向分辨率，同時方位向分辨率與距離無關(guān)，這樣SAR就可以安裝在衛(wèi)星平臺上而可以獲取較高分辨率的SAR圖像［2］。

2 合成孔徑雷達的抗干擾技術(shù)

SAR受到的干擾樣式主要有噪聲干擾、相干干擾（用偵察到的雷達信號參數(shù)和待保護區(qū)域的散射強弱分布構(gòu)造響應(yīng)的場景分布來產(chǎn)生）和復(fù)合干擾（噪聲干擾和相干干擾的復(fù)合）三種。

SAR的抗干擾技術(shù)主要有以下幾個方面。

2.1 信號處理方面

作為SAR抗干擾研究的技術(shù)基礎(chǔ)，SAR信號處理的抗干擾優(yōu)勢明顯。以噪聲壓制式干擾為例，雷達為雙程工作，電波從雷達到目標，在經(jīng)過目標后向散射返回雷達；而干擾為單程工作，直接將干擾波向雷達輻射，干擾方占優(yōu)。雷達方是匹配接收方式，它相對于干擾波具有相參積累增益，且SAR的相參積累增益很高，它來自兩個方面：1）對大時寬、大帶寬信號進行的脈沖壓縮，可得到約30 dB的相參得益；2）橫向的多普勒壓縮，使得SAR在功率對抗方面形成了明顯優(yōu)勢，雷達方占優(yōu)。另外，由于相參得益很高，用較小的發(fā)射功率就能得到所需要的信噪比，實現(xiàn)正常的成像。壓制性的噪聲干擾，等效于加大雷達的接收噪聲，SAR同樣會因為信噪比過低而不能正常工作。因此，為了能夠在與對方的壓制性噪聲干擾的功率對抗中占據(jù)優(yōu)勢，軍用SAR不難做到大幅度提高發(fā)射功率［3］。

欺騙式干擾的技術(shù)缺陷，為SAR消除干擾提供了契機。SAR平臺運動相對干擾之間具有非合作性，干擾方要精確估計出載機的運動是有困難的。SAR系統(tǒng)函數(shù)存在空變特性，在離干擾機遠距離端的欺騙干擾效果也會變差［4］。

雷達采取發(fā)射信號捷變的方式可以有效抗干擾。雷達為了防止干擾對信號的檢測和復(fù)制，還可以采用調(diào)制信號捷變的工作模式。雷達信號的周期間捷變，干擾是無法預(yù)測的，這會給干擾的偵測和復(fù)制帶來較大的困難，簡單易行的方法就是脈間隨機初相調(diào)制及其相應(yīng)的信號處理。另外，SAR在信號處理方面的抗干擾研究還有微調(diào)參數(shù)抗干擾技術(shù)，包括方位向多普勒調(diào)頻率、多普勒中心頻率等［5］。

2.2 天線及射頻前端

SAR天線級抗干擾技術(shù)可分為空域和多天線對消等，其中，空域抗干擾技術(shù)研究方面，C．Heer等研究了SAR波束形成技術(shù)，結(jié)合TERRA-SAR系統(tǒng)設(shè)計，給出了天線指標，以及方位向波束形成的具體流程。Ender和Rosenberg基于多通道SAR研究了SAR抗干擾技術(shù)，其本質(zhì)也是波束形成技術(shù)，合成多個波束可以有效降低進入接收機的干擾能量，獲得較大的干擾抑制性能［6］。

天線級抗干擾技術(shù)的另一個方面是多天線對消方法，普通雷達使用DPCA等技術(shù)來對消雜波干擾，但是在其應(yīng)用中，需要不同分辨單元的相位偏離量，工程應(yīng)用還有一定困難。另外，為了抑制噪聲干擾從天線副瓣進入，SAR通常采用低副瓣天線，以及天線自適應(yīng)副瓣對消技術(shù)。使得縮小干擾頻帶，以增強干擾在該頻帶內(nèi)的功率密度，即所謂的“瞄準式”干擾技術(shù)所產(chǎn)生的干擾效果對SAR不一定有效［7］。

2.3 系統(tǒng)體制方面

雙站SAR，即用兩架或者多架載機，其中一架裝備只起到輻射源作用的發(fā)射裝置，而接收和處理部分則裝在另外的載機上，后者只是被動接收，工作較為隱蔽，對方難以察覺和有效干擾，是一種有效的抗干擾方法。當然，雙站SAR要比單站SAR在成像處理方面復(fù)雜得多［8］。

另外，SAR在系統(tǒng)體制方面采用的抗干擾措施還有：1）利用多種傳感器聯(lián)合工作，實現(xiàn)多源信息融合，可有效對抗干擾；2）根據(jù)無源角反射器在形狀和成像陰影等特征上與真實目標的不同來區(qū)分真假目標，或通過提高分辨率、提高觀測角、分段成像等措施來得到假目標的形狀和散射圖，與真實目標對比進行區(qū)分；3）利用圖像中的破綻來發(fā)現(xiàn)欺騙干擾，如虛假圖像的邊緣與真實地域的銜接處很容易出現(xiàn)一些矛盾，虛假圖像在陰影處的處理上也有一些困難等；4）擴展SAR的工作頻帶、隱藏SAR的時間窗口、減小SAR的空間窗口、增加SAR的發(fā)射功率（“全球鷹”目前正在改進的方向）、隱藏SAR的時頻相關(guān)性等；5）新體制抗干擾技術(shù)，包括基于波束形成的抗干擾技術(shù)、基于多通道的抗干擾技術(shù)、基于多天線的抗干擾技術(shù)、基于調(diào)頻率微調(diào)的抗干擾技術(shù)、分布式SAR抗干擾技術(shù)等［9］。

3 合成孔徑雷達抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 信號處理方面

在信號處理方面，多種成像處理算法對于距離走動和彎曲補償更加合理精確，GMTI、InSAR測高、超分辨、自聚焦、圖像增強、斑點抑制以及時頻分析等信號處理手段將得到應(yīng)用和發(fā)展。對抗欺騙式干擾的技術(shù)手段將得到進一步研究，其突破口在于欺騙干擾的位置不可控性及其干擾效果的空變特性。脈間調(diào)制信號捷變的工作模式將得到工程應(yīng)用，相應(yīng)的信號處理手段將得到重視。微調(diào)參數(shù)干擾技術(shù)和解卷積的抗干擾處理技術(shù)也將得到工程應(yīng)用［10］。

3.2 天線及射頻前端

在天線及射頻前端，自適應(yīng)波束形成技術(shù)的應(yīng)用將顯著提高SAR的干擾抑制性能。多天線對消方法、DPCA與STAP技術(shù)的工程應(yīng)用將日趨成熟［11］。

3.3 系統(tǒng)體制方面

在系統(tǒng)體制方面，充分挖掘極化信息的潛力，發(fā)展極化抗干擾技術(shù)，必然會提高SAR應(yīng)對有源相參干擾的能力。另外，多頻段具有全極化測量、干涉測高和具有GMTI能力的機載/星載SAR、以及雙/多站SAR 將得到進一步開發(fā)［12］。

4 結(jié)語

綜上所述，在以電子技術(shù)和信息技術(shù)為主要推動力、數(shù)字化技術(shù)為核心的新軍事革命的背景下，新一代合成孔徑雷達的建設(shè)既能適應(yīng)未來高新技術(shù)武器裝備系統(tǒng)發(fā)展的需求，又要能跟上國際技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展潮流。合成孔徑雷達其抗干擾技術(shù)也會隨著電子對抗的發(fā)展而日益改進，研制出抗干擾能力更強的雷達。