基于多接收機(jī)協(xié)同的無源測向及SAR欺騙干擾方法研究

李永禎, 劉業(yè)民,*, 邢世其, 黃大通, 陸正文

(1. 國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院, 湖南 長沙 410073; 2. 國營第722廠, 廣西 桂林 541001)

0 引 言

合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar, SAR)具有全天時(shí)、全天候、作用距離遠(yuǎn)、成像分辨率高等優(yōu)點(diǎn),其在民用領(lǐng)域(如資源遙感、地理測繪等)和軍事領(lǐng)域(如戰(zhàn)場偵察、精確制導(dǎo)以及地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測等)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。隨著SAR在軍事領(lǐng)域中的作用日益顯著,針對(duì)SAR的對(duì)抗技術(shù)也引起了世界軍事強(qiáng)國和雷達(dá)界的重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)SAR的欺騙干擾是SAR對(duì)抗的一個(gè)重要方向[2],可對(duì)各種類型的SAR系統(tǒng)實(shí)施干擾,如星載SAR[3-4]、多輸入多輸出(multiple input multiple output, MIMO)的SAR (MIMO-SAR)[5]、雙基地SAR[6]、干涉SAR[7]以及具備地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示(ground moving target indication, GMTI)能力的SAR-GMTI[8]。由于對(duì)SAR的欺騙干擾具有干擾功率低、靈活性強(qiáng)、逼真度高等優(yōu)點(diǎn),其目前已成為雷達(dá)電子戰(zhàn)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題[9]。

對(duì)SAR欺騙干擾的效果取決于對(duì)SAR系統(tǒng)一些關(guān)鍵參數(shù)偵察精度的高低,例如,SAR載機(jī)平臺(tái)速度、方位向慢時(shí)間以及干擾機(jī)到SAR載機(jī)平臺(tái)的最近斜距等。傳統(tǒng)的對(duì)SAR的欺騙干擾方法通常假設(shè)這些關(guān)鍵參數(shù)已預(yù)先偵察好,且不存在誤差。然而在實(shí)際應(yīng)用中,偵察這些參數(shù)通常需要復(fù)雜的偵察設(shè)備來輔助完成,且估計(jì)參數(shù)的誤差是不可避免的。為此,針對(duì)欺騙干擾過程中面臨的SAR系統(tǒng)參數(shù)偵察精度不高或偵察參數(shù)不完備的難題,一些學(xué)者提出了若干基于多接收機(jī)協(xié)同的SAR欺騙干擾方法[10-12]。這些方法利用干擾機(jī)和接收機(jī)的布站以及接收機(jī)間的到達(dá)時(shí)差(time difference of arrival, TDOA)信息,有效地解決了需復(fù)雜設(shè)備偵察關(guān)鍵參數(shù)的難題,大大簡化了干擾系統(tǒng)的配置。然而,目前基于多接收機(jī)協(xié)同的SAR欺騙干擾方法仍然存在以下幾點(diǎn)不足:① 對(duì)偵察到的SAR參數(shù)沒有明確其物理含義,因而沒有充分挖掘并利用好這些參數(shù);② 對(duì)SAR的欺騙干擾算法涉及到卷積,其干擾實(shí)時(shí)性有待改進(jìn);③ 現(xiàn)有方法對(duì)虛假目標(biāo)與干擾機(jī)。距離比較敏感,隨著生成的虛假目標(biāo)距離干擾機(jī)的距離增大,虛假目標(biāo)方位像開始變差甚至散焦變形。因此,針對(duì)如何降低這種敏感度的問題,需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

基于上述背景和問題,本文提出了一種基于多接收機(jī)協(xié)同的無源測向及SAR欺騙干擾方法。相比現(xiàn)有的基于多接收機(jī)協(xié)同的SAR欺騙干擾方法,所提方法主要有兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):① 明確了基于多接收機(jī)協(xié)同偵察參數(shù)的物理含義,根據(jù)參數(shù)物理含義可實(shí)現(xiàn)對(duì)SAR載機(jī)平臺(tái)的無源測向;② 隨著生成的虛假目標(biāo)距離干擾機(jī)的距離增大,所提方法比現(xiàn)有方法的目標(biāo)聚焦效果要好,且干擾算法比現(xiàn)有方法實(shí)時(shí)性強(qiáng)。本文結(jié)構(gòu)如下:首先,闡述了多接收機(jī)協(xié)同無源測向原理;然后,在此基礎(chǔ)上,討論了接收機(jī)的最優(yōu)布局問題;接著,給出了一種對(duì)SAR欺騙干擾精度高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的干擾算法;最后,通過仿真實(shí)驗(yàn)定量分析了TDOA測量誤差和接收機(jī)布站對(duì)欺騙干擾精度的影響,并與現(xiàn)有基于多接收機(jī)協(xié)同的SAR欺騙干擾方法進(jìn)行了干擾效果對(duì)比。

1 多接收機(jī)協(xié)同無源測向原理

假設(shè)SAR工作在條帶模式下,SAR載機(jī)平臺(tái)以速度va沿直線勻速運(yùn)動(dòng),載機(jī)高度為H,以SAR載機(jī)平臺(tái)飛行方向?yàn)閤軸的正方向,以垂直于x軸在地面的投影為y軸正方向,建立右手直角坐標(biāo)系Oxyz,原點(diǎn)O′為當(dāng)方位向慢時(shí)間ta=0時(shí),SAR載機(jī)平臺(tái)在地面上的投影點(diǎn),如圖1所示。點(diǎn)O為SAR條帶中心線與y軸的交點(diǎn),且OO′=Y。在條帶區(qū)域內(nèi)放置一部干擾機(jī),其坐標(biāo)為(xJ,Y+yJ,0)。在以干擾機(jī)坐標(biāo)為中心、以r為半徑的圓上布置了3部接收機(jī),分別位于圖中A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn),其坐標(biāo)分別為(xA,Y+yA,0)、(xB,Y+yB,0)和(xC,Y+yC,0)。則對(duì)于任意慢時(shí)間ta,SAR載機(jī)平臺(tái)到接收機(jī)A、B和C的瞬時(shí)斜距分別為

(1)

(2)

(3)

圖1 多接收機(jī)協(xié)同測向幾何關(guān)系圖Fig.1 Geometric diagram of direction-finding based on multi-receiver cooperation

在式(1)中,SAR載機(jī)平臺(tái)到接收機(jī)A的瞬時(shí)斜距與SAR載機(jī)平臺(tái)到干擾機(jī)的最近斜距RJ的相互關(guān)系[8]可近似表示為Fresnel近似:

(4)

同理,式(2)和式(3)的瞬時(shí)斜距可近似表示為

(5)

(6)

式中:ΔxJB=xB-xJ;ΔyJB=yB-yJ;ΔxJC=xC-xJ;ΔyJC=yC-yJ。

若每臺(tái)接收機(jī)均與干擾機(jī)通過有線連接方式實(shí)現(xiàn)通信功能,由于每臺(tái)接收機(jī)到干擾機(jī)的傳輸距離均相同,則根據(jù)式(4)～式(6),RA(ta)與RB(ta)的瞬時(shí)斜距差以及RC(ta)與RB(ta)的瞬時(shí)斜距差可分別表示為

(xB-xA)tanβ+(yA-yB)cosα=RA(ta)-RB(ta) (xB-xC)tanβ+(yC-yB)cosα=RC(ta)-RB(ta)

(7)

將式(7)用矩陣形式表示,有

(8)

對(duì)于干擾機(jī)而言,3個(gè)接收機(jī)的相對(duì)位置是已知的,假設(shè)RA(ta)與RB(ta)以及RC(ta)與RB(ta)的瞬時(shí)斜距差可通過測量各自接收到的SAR信號(hào)的TDOA獲得[10]。那么,通過求解上述方程,可獲得角度信息β和α。另外,根據(jù)圖1的幾何關(guān)系,角度βC可以通過角度β和α來表示,即

(9)

至此,最終可求得在主瓣波束照射3部接收機(jī)期間內(nèi)干擾機(jī)相對(duì)于SAR載機(jī)平臺(tái)的水平方位角和俯仰角,其值大小分別為(3π/2+βC)和α。通過這些角度信息可實(shí)現(xiàn)對(duì)SAR載機(jī)平臺(tái)的無源測向,這為干擾機(jī)對(duì)SAR實(shí)施干擾提供了干擾方位基準(zhǔn)。

此外,根據(jù)角度信息,可進(jìn)一步推導(dǎo)出另外兩個(gè)關(guān)鍵干擾參數(shù)。假設(shè)SAR載機(jī)平臺(tái)的飛行高度H是已知的,通常而言,比起干擾機(jī)到SAR載機(jī)平臺(tái)的斜距,高度H更容易獲取。尤其是對(duì)于星載SAR平臺(tái)而言,其飛行軌道高度通常是固定的。為此,根據(jù)cosα的定義,可以估計(jì)干擾機(jī)到SAR載機(jī)平臺(tái)的最近斜距為

(10)

然后,根據(jù)tanβ的定義,可估計(jì)出

(11)

式(10)和式(11)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為第3節(jié)的欺騙干擾算法提供了參數(shù)基礎(chǔ)。

2 接收機(jī)最優(yōu)布站分析

文獻(xiàn)[11]的研究表明,在所有接收機(jī)均位于同一個(gè)圓上且相鄰接收機(jī)所處位置彼此相互正交的情況下,通過求解式(8)中系數(shù)矩陣的最小條件數(shù),可以獲得接收機(jī)最優(yōu)布局。為此,設(shè)接收機(jī)A在平面xOy的水平方位角為θ(0≤θ<2π),如圖2所示。則接收機(jī)A,B和C的坐標(biāo)可分別表示為

(12)

圖2 接收機(jī)布局Fig.2 Receivers layout

式(8)中的系數(shù)矩陣M可以表示為

(13)

矩陣M的條件數(shù)[11]通?？梢远x為

(14)

由于κ(M)對(duì)任意范數(shù)都是等價(jià)的,這里采用2范數(shù)來分析最優(yōu)接收機(jī)的布局問題,其相應(yīng)的條件數(shù)可表示為

(15)

式中:σmax(M)和σmin(M)分別為矩陣M的最大和最小奇異值。由于矩陣MTM的特征值為

(16)

因此,根據(jù)式(15),可求得矩陣M的條件數(shù)為

(17)

對(duì)于任意矩陣M,總有κ(M)≥1成立[13]。κ(M)越小,式(8)中的解向量對(duì)誤差越不敏感。為此,根據(jù)式(16)和式(17),不難得到,當(dāng)θ=π/4+kπ/2(k=0,1,2,3)時(shí),均有κ(M)=1,即條件數(shù)達(dá)到最小值,此時(shí)接收機(jī)布站是最優(yōu)的。根據(jù)該條件,圖3給出了4種情況下接收機(jī)的最優(yōu)布站(optimal layout of receivers, OLR)示意圖。

圖3 接收機(jī)最優(yōu)布局Fig.3 Optimal layout of receivers

3 欺騙干擾算法

第1節(jié)和第2節(jié)分析了基于多接收機(jī)的協(xié)同測向原理及最優(yōu)布局問題。在此基礎(chǔ)上,下面根據(jù)第1節(jié)獲得的偵察參數(shù),給出一種對(duì)SAR的欺騙干擾算法。由圖1的幾何關(guān)系圖,可得SAR載機(jī)平臺(tái)到干擾機(jī)的瞬時(shí)斜距為

(18)

上述斜距方程可近似表示為

(19)

在圖1中,若有點(diǎn)目標(biāo)P位于坐標(biāo)(xP,Y+yP,0)處,則SAR載機(jī)平臺(tái)到點(diǎn)目標(biāo)P的瞬時(shí)斜距可表示為

(20)

上述距離方程可近似表示為

(21)

(22)

結(jié)合式(19)～式(22),瞬時(shí)斜距RP(ta)與RJ(ta)的距離差可表示為

(23)

干擾機(jī)若在點(diǎn)目標(biāo)P處生成虛假目標(biāo),則根據(jù)SAR的欺騙干擾原理[8],干擾機(jī)截獲到SAR信號(hào)后,利用式(23)對(duì)截獲SAR信號(hào)在距離向作延時(shí)處理以及在方位向作多普勒調(diào)制,即

(24)

下面分析利用式(24)對(duì)SAR進(jìn)行欺騙干擾的具體實(shí)施步驟。由式(23)可知,式(24)的第1項(xiàng)和第2項(xiàng)涉及假目標(biāo)的距離向位置,與ta無關(guān)。為提高式(24)的干擾實(shí)時(shí)性,在實(shí)施干擾前可以預(yù)先計(jì)算好。第3項(xiàng)和第4項(xiàng)與ta有關(guān),其中第3項(xiàng)用于調(diào)制虛假目標(biāo)的方位向位置,第4項(xiàng)是ta的二次項(xiàng),用于補(bǔ)償干擾信號(hào)與真實(shí)目標(biāo)P處之間的調(diào)頻斜率差。為此,根據(jù)式(22),將式(23)分為兩部分:

(25)

根據(jù)前面分析,式(25)中的α、RJ、(vata-xJ)以及r可分別由式(8)、式(10)、式(11)和式(22)給出。由式(25)可知,虛假目標(biāo)與干擾機(jī)在x軸和y軸上的差值(xP-xJ)和(yP-yJ)可根據(jù)干擾需求預(yù)先設(shè)定好,無需知道干擾機(jī)的具體位置信息。(vata-xJ)作為一個(gè)整體解算,可無需知道SAR載機(jī)平臺(tái)的速度、慢時(shí)間以及干擾機(jī)方位向坐標(biāo)等參數(shù),從而簡化了干擾系統(tǒng)對(duì)偵察參數(shù)的需求量。

至此,根據(jù)式(24),式(25)可重寫為

(26)

為避免卷積運(yùn)算,提高其干擾的實(shí)時(shí)性,可對(duì)式(24)在距離向作快速傅里葉變換(fast Fourier transform, FFT)[14]。完成計(jì)算后,再做快速傅里葉逆變換(inverse fast Fourier transform, IFFT),即

(27)

式中:fr為距離向頻率;s(fr,ta)表示干擾機(jī)截獲的SAR信號(hào)作距離向FFT的結(jié)果;IFFTfr{·}表示距離向IFFT操作符號(hào)。在式(25)中,由于ΔR1與慢時(shí)間ta無關(guān),故可在獲得干擾參數(shù)以及確定干擾策略后預(yù)先計(jì)算好,從而提高運(yùn)算效率。

綜上所述,與傳統(tǒng)SAR欺騙干擾方法相比,本文所提方法無需估計(jì)出SAR載機(jī)平臺(tái)速度、慢時(shí)間以及干擾機(jī)具體坐標(biāo)位置等偵察參數(shù)。因此,所提方法比傳統(tǒng)SAR欺騙干擾方法更加簡單實(shí)用。

4 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

在仿真實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)SAR工作模式為條帶模式,其系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1所示。

表1 SAR系統(tǒng)仿真參數(shù)

雖然本文所提方法無需知道干擾機(jī)具體位置,但在仿真實(shí)驗(yàn)中,為便于闡述,不妨設(shè)定干擾機(jī)的坐標(biāo)位置為(0,8 000,0)m,以干擾機(jī)中心坐標(biāo)為圓心,接收機(jī)部署在半徑為20 m的圓上。根據(jù)最優(yōu)布站要求,設(shè)接收機(jī)A在平面xOy的水平方位角θ=45°,則接收機(jī)A、B和C的坐標(biāo)分別設(shè)定為(14,8 014,0)m、(-14,8 014,0)m和(-14,7 986,0)m。在干擾場景中設(shè)定9個(gè)虛假靜止目標(biāo),分別用P1～P9標(biāo)識(shí),相鄰目標(biāo)的距離向和方位向間距均為100 m,其位置分布示意圖如圖4所示。圖4采用的是xOr空間坐標(biāo)系,其與空間坐標(biāo)系Oxyz的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為x=x,

圖4 場景目標(biāo)分布示意圖Fig.4 Schematic diagram of the distribution of scene targets

首先分析本文所提方法的無源測向精度。圖5給出了主瓣波束照射3部接收機(jī)期間所提方法對(duì)SAR載機(jī)平臺(tái)的水平方位角(3π/2+βC)和俯仰角α的測角性能。從圖5可以明顯看出,本文所提方法的測角精度與理論值吻合度很好。

圖5 無源測向精度分析Fig.5 Accuracy analysis of passive direction-finding

圖6分別給出了水平方位角和俯仰角的測角性能,圖6(a)橫坐標(biāo)是主瓣波束照射3部接收機(jī)期間SAR載機(jī)平臺(tái)水平方位角變化范圍,縱坐標(biāo)是水平方位角均方根誤差(root mean square error, RMSE);圖6(b)橫坐標(biāo)是通過改變載機(jī)高度得到的俯仰角變化范圍,縱坐標(biāo)是俯仰角RMSE,蒙特卡羅仿真次數(shù)均為2 000次。從圖6(a)可以看出,隨著SAR載機(jī)平臺(tái)水平方位角的變化,當(dāng)雷達(dá)波束中心掃描接近干擾機(jī)水平位置處時(shí)(對(duì)應(yīng)于圖6(a)中橫坐標(biāo)的中間位置),其水平方位角的RMSE逐漸變大(即測角性能逐漸變差);從圖6(b)可知,俯仰角RMSE隨著俯仰角的變化上下隨機(jī)波動(dòng)。俯仰角和水平方位角的RMSE總體變化均很小,平均值分別為3.88×10-5rad和8.2×10-6rad。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提方法的測角性能精度高,可為干擾機(jī)對(duì)SAR實(shí)施干擾提供方位基準(zhǔn)。

圖6 水平方位角和俯仰角的RMSEFig.6 RMSE of horizontal azimuth angle and pitch angle

接下來分析TDOA測量誤差對(duì)干擾效果的影響。除第1節(jié)中因使用近似表達(dá)式會(huì)存在理論誤差,在實(shí)際應(yīng)用中也必須考慮測量誤差,其包含測量誤差的TDOA可表示為

dw=AX+w

(28)

式中:dw為包括測量誤差的TDOA;AX對(duì)應(yīng)于式(8)等式左邊,它是理論上的TDOA;w為TDOA的測量誤差,該誤差可模型化為零均值的高斯白噪聲[11]。

按照?qǐng)D4的干擾場景設(shè)定,圖7給出了本文所提方法生成9個(gè)虛假目標(biāo)的二維成像結(jié)果圖,仿真中考慮了TDOA測量誤差,其誤差標(biāo)準(zhǔn)方差為1.5×10-4m[11],從圖7可以看出,9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的聚焦效果良好。

圖7 虛假目標(biāo)的二維成像結(jié)果Fig.7 Two-dimensional imaging results of the false targets

為了便于分析本文所提方法的聚焦成像效果,不失一般性地,圖8給出了目標(biāo)1、目標(biāo)5以及目標(biāo)9的二維升采樣成像圖,并將真實(shí)目標(biāo)以及本文所提方法在不存在誤差的情況下(即不存在TDOA測量誤差,SAR系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)值均無誤差)的二維升采樣成像圖進(jìn)行對(duì)比。為簡潔直觀,當(dāng)圖8中縱坐標(biāo)表示距離向坐標(biāo)值時(shí),均將其與中心場景斜距R0作了差值處理(下同)。圖9給出了真、假目標(biāo)距離向和方位向的升采樣剖面圖。從圖8和圖9容易看出,相比于真實(shí)目標(biāo),本文所提方法生成的虛假目標(biāo)距離向聚焦效果與真實(shí)目標(biāo)幾乎沒有區(qū)別,方位向虛假目標(biāo)的主瓣比真實(shí)目標(biāo)略微展寬。此外,本文所提方法在存在誤差或不考慮誤差的情況下,兩者的聚焦成像效果相當(dāng)。

圖8 目標(biāo)升采樣二維成像結(jié)果圖Fig.8 Two-dimensional imaging results of up-sampling of targets

圖9 真實(shí)和虛假目標(biāo)升采樣剖面圖Fig.9 Sectional plots of up-sampling of the real and false scatterers

從以上分析可知,本文所提方法(考慮了測量誤差,下同)的成像聚焦性能與真實(shí)目標(biāo)的差距主要體現(xiàn)在方位向。因此,為了量化其成像效果,表2給出了所提方法和真實(shí)目標(biāo)方位向的成像指標(biāo),量化指標(biāo)主要包括目標(biāo)距離向和方位向峰值位置偏移誤差、目標(biāo)方位向沖擊響應(yīng)寬度(impulse response width, IRW)、目標(biāo)方位向峰值旁瓣比(peak side lobe ratio, PSLR)以及目標(biāo)方位向積分旁瓣比(integrated side lobe ratio, ISLR),其中表2中每項(xiàng)指標(biāo)的第1行和第2行分別為真實(shí)和虛假目標(biāo)成像指標(biāo)數(shù)值。從表2可知,本文所提方法生成的虛假目標(biāo)成像指標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)的差距均較小,說明本文所提方法的成像聚焦效果好。

表2 真實(shí)目標(biāo)和虛假目標(biāo)成像品質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

下面驗(yàn)證接收機(jī)OLR對(duì)虛假目標(biāo)成像效果的影響。設(shè)接收機(jī)A在平面xOy的水平方位角θ=0°,3部接收機(jī)部署在半徑為20 m的圓上,則接收機(jī)A、B和C的坐標(biāo)分別為(20, 8 000, 0)m、(0, 8 000, 0)m和(-20, 8 000, 0)m。根據(jù)最小條件數(shù)可知,該布站不滿足最優(yōu)布站條件。圖10給出了目標(biāo)1、目標(biāo)5以及目標(biāo)9在接收機(jī)OLR和非最優(yōu)布站(non-optimal layout of receiver, NOLR)條件下的二維升采樣成像圖和方位向升采樣剖面圖。經(jīng)研究分析,OLR主要影響虛假目標(biāo)方位向的成像指標(biāo),尤其是IRW、PSLR以及PLSR。因此,表3給出OLR和NOLR情況下目標(biāo)1、目標(biāo)5以及目標(biāo)9的方位向成像指標(biāo)。從表3可知,OLR情況下的IRW、PSLR以及PLSR指標(biāo)質(zhì)量比NOLR情況下略好一些,這點(diǎn)從圖10中也可以得到印證。

圖10 接收機(jī)布站對(duì)成像效果的影響Fig.10 Influence of receivers’ layout on imaging effect

此外,若提前知道SAR飛行航跡,則可提前按OLR要求布放干擾設(shè)備;否則,按照前面的布站要求布放,其方位角θ為任意角度即可。

表3 接收機(jī)的布站對(duì)成像品質(zhì)指標(biāo)的影響

最后,驗(yàn)證本文所提方法干擾實(shí)時(shí)性和干擾效果的性能。現(xiàn)將文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法與本文所提方法進(jìn)行對(duì)比,文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法均是基于多接收機(jī)協(xié)同來獲取SAR的一些關(guān)鍵參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SAR的欺騙干擾。文獻(xiàn)[11]所提方法在圓上布放兩部接收機(jī),不同于本文所提方法,文獻(xiàn)[11]根據(jù)TDOA信息直接獲得整體偵察參數(shù),通過偵察參數(shù)計(jì)算出干擾機(jī)到虛假目標(biāo)的距離差,然后利用式(24)對(duì)SAR實(shí)施欺騙干擾;文獻(xiàn)[12]所提方法在圓上布放3部接收機(jī),利用三組TDOA信息,通過求解三元一次方程組直接求解出干擾機(jī)到虛假目標(biāo)的距離差,然后利用式(24)對(duì)SAR實(shí)施欺騙干擾。該方法雖然在方程組中并沒有采用近似處理,但隨著生成的虛假目標(biāo)距離干擾機(jī)距離的增大,文獻(xiàn)[12]所提方法對(duì)其敏感,導(dǎo)致方位像聚焦效果變差。

下面對(duì)比3種方法的干擾效果。假設(shè)干擾設(shè)備布站分別按照各自所提方法進(jìn)行了OLR,其余仿真條件同圖7。首先考慮9個(gè)虛假目標(biāo)間距較近的情況,即在干擾場景中設(shè)定9個(gè)虛假目標(biāo),其布局與圖4相同,唯一不同的是相鄰目標(biāo)距離向和方位向間距由原來的100 m減少至50 m。圖11給出了3種方法中目標(biāo)1、目標(biāo)5以及目標(biāo)9的二維升采樣成像圖,以及距離向和方位向升采樣剖面圖。從圖11可知,3種方法的成像聚焦效果相當(dāng),本文所提方法比文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法的聚焦效果略好一些。

圖11 不同SAR欺騙干擾方法干擾效果對(duì)比(相鄰目標(biāo)間距50 m)Fig.11 Comparison of jamming effects of different SAR deception jamming methods (distance between adjacent targets=50 m)

現(xiàn)考慮相鄰兩個(gè)目標(biāo)在距離和方位向的間距均為100 m,目標(biāo)分布情況同圖4。仿真條件與圖7相同,圖12給出了3種方法中目標(biāo)1、目標(biāo)5以及目標(biāo)9升采樣的二維成像圖、距離向以及方位向剖面圖。表4給出了文獻(xiàn)[11]、文獻(xiàn)[12]以及本文所提方法在相鄰目標(biāo)間距100 m情況下的目標(biāo)成像指標(biāo)品質(zhì)對(duì)比結(jié)果。表4中每項(xiàng)指標(biāo)的第1行、第2行和第3行分別為文獻(xiàn)[11]、文獻(xiàn)[12]以及本文所提方法的成像指標(biāo)數(shù)值。從圖11、圖12以及表4可知,對(duì)于離干擾機(jī)距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)(如P1、P3、P7、P9),文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法的目標(biāo)在方位向開始出現(xiàn)散焦現(xiàn)象,在成像品質(zhì)上主要體現(xiàn)為方位向的IRW和ISLR變大。其主要原因是文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法沒有補(bǔ)償虛假目標(biāo)所在位置與干擾機(jī)所在位置的調(diào)頻斜率差,即對(duì)應(yīng)于式(25)中ΔR2(ta)的第1項(xiàng)。此外,從圖12(m)和圖12(o)可以看出,文獻(xiàn)[11]所提方法的目標(biāo)方位向峰值出現(xiàn)了輕微的偏移,主要原因是沒有補(bǔ)償虛假目標(biāo)與干擾機(jī)所在距離向位置的偏差r,而本文所提方法考慮了這個(gè)因素(對(duì)應(yīng)于式(25)中ΔR2(ta)的第2項(xiàng))。

圖12 不同SAR欺騙干擾方法干擾效果對(duì)比(相鄰目標(biāo)間距100 m)Fig.12 Comparison of jamming effects of different SAR deception jamming methods (distance between adjacent targets=100 m)

表4 不同SAR欺騙干擾方法的目標(biāo)成像品質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

續(xù)表4

綜上所述,隨著生成的虛假目標(biāo)距離干擾機(jī)距離的增大,相比文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法,本文所提方法聚焦成像效果要好一些。因此,在生成較大干擾場景的情況下,所提方法比其他兩種方法更適合;其次,本文所提方法在調(diào)制干擾回波時(shí)采用FFT代替了卷積運(yùn)算,其干擾實(shí)時(shí)性要優(yōu)于文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[12]所提方法。

5 結(jié) 論

本文研究了一種基于多接收機(jī)協(xié)同的無源測向及SAR欺騙干擾方法,該方法利用干擾機(jī)和多個(gè)接收機(jī)布站以及接收機(jī)間的TDOA信息,有效解決了需復(fù)雜設(shè)備偵察關(guān)鍵參數(shù)的難題,大大簡化了干擾系統(tǒng)的配置。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:① 本文所提方法能夠精確地對(duì)SAR載機(jī)平臺(tái)進(jìn)行無源測向,這為干擾機(jī)對(duì)SAR實(shí)施干擾提供了干擾方位基準(zhǔn);② 在NOLR情況下,其欺騙干擾效果與OLR情況下的欺騙干擾效果相當(dāng);③ 相比現(xiàn)有的基于多接收機(jī)協(xié)同的SAR欺騙干擾方法,本文所提方法在欺騙干擾精度和實(shí)時(shí)性方面要優(yōu)于其他兩種方法。

值得指出的是,本文所提方法需要預(yù)先知道載機(jī)高度,這對(duì)于星載SAR而言通常容易獲取,而對(duì)于機(jī)載SAR而言可能需要額外的偵察設(shè)備來獲取。因此,進(jìn)一步改進(jìn)本文所提方法,使其無需預(yù)先知道SAR載機(jī)平臺(tái)高度先驗(yàn)信息,將是下一步需要研究的問題。