（1.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所 北京 100094）（2.中國(guó)艦船研究院 北京 100083）

1 引言

逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）利用對(duì)目標(biāo)成像的方法偵察和識(shí)別目標(biāo)［1］，具有大的瞬時(shí)工作帶寬，能實(shí)現(xiàn)距離向和方位向二維脈沖壓縮，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使用常規(guī)的噪聲壓制干擾方法需要更大的功率才能實(shí)現(xiàn)對(duì)ISAR 的有效壓制。因此，目前研究以較小的干擾功率對(duì)抗ISAR 的干擾方法是國(guó)內(nèi)外人士的一個(gè)熱點(diǎn)。

工程上ISAR 成像系統(tǒng)通常采用解線調(diào)的方法得到目標(biāo)的一維距離像，傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相等信號(hào)樣式，它們和ISAR 系統(tǒng)中解線調(diào)參考信號(hào)不相關(guān)，不能獲得與雷達(dá)回波信號(hào)相同的信號(hào)處理增益。該文介紹一種基于M 序列碼實(shí)現(xiàn)的調(diào)相干擾方法，它與ISAR 系統(tǒng)接收到的雷達(dá)回波信號(hào)具有相同的相參處理增益，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)方位向和距離向目標(biāo)像的二維破壞。

2 ISAR 成像原理

實(shí)際ISAR 系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)有寬帶chirp信號(hào)、階躍調(diào)頻、載頻跳變的窄帶線性調(diào)頻等形式［2］，目前的ISAR 系統(tǒng)多為發(fā)射chirp信號(hào)并采用解線調(diào)處理。

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為

其中τ為脈沖寬度，fC為載頻，Kr為調(diào)頻率。

目標(biāo)上某散射點(diǎn)與雷達(dá)距離為Ri，則雷達(dá)接收到的回波信號(hào)為

其中ti＝2Ri／c為的回波延遲時(shí)間。

解線調(diào)處理參考信號(hào)為：

解線調(diào)處理后信號(hào)表示為［1］

其中

解線調(diào)處理使回波信號(hào)帶寬減小，降低了數(shù)字信號(hào)處理的難度，同時(shí)縮短了對(duì)目標(biāo)的搜索距離。解線調(diào)后信號(hào)帶寬取決于目標(biāo)尺寸，混頻點(diǎn)離目標(biāo)參考點(diǎn)越遠(yuǎn)，目標(biāo)徑向尺寸越大，信號(hào)帶寬就越大。

傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾與雷達(dá)回波信號(hào)不相關(guān)，不能與雷達(dá)回波信號(hào)相同的解線調(diào)處理增益，下面介紹一種相干干擾方法，能使用較小的干擾功率實(shí)現(xiàn)對(duì)ISAR 成像過程的二維破壞。

3 M 序列調(diào)相干擾

M 序列是廣泛應(yīng)用的偽隨機(jī)序列碼，可以由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，如果移位寄存器為n級(jí)，則M 序列周期為2n-1。n級(jí)M 序列特征多項(xiàng)式表征為［3］

其中xi表示輸入經(jīng)過i次移位，即經(jīng)過i個(gè)寄存器的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘周期；ci為反饋因子，ci＝0表示不參加反饋，ci＝1表示參加反饋。按照特征多項(xiàng)式構(gòu)成的反饋移位寄存器如圖1所示。

圖1 M 序列碼生成器模型

M 序列碼生成器在轉(zhuǎn)發(fā)式調(diào)相干擾中的應(yīng)用如下圖所示，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)通過數(shù)字射頻存儲(chǔ)器DRFM 將接收到的ISAR 信號(hào)存儲(chǔ)起來，通過IQ 矢量調(diào)制器完成對(duì)存儲(chǔ)回波信號(hào)的調(diào)制，然后上變頻到射頻并轉(zhuǎn)發(fā)出去。

圖2 轉(zhuǎn)發(fā)式調(diào)相干擾機(jī)實(shí)現(xiàn)框圖

假設(shè)M 序列碼周期為N，碼元寬度為ΔT，每次生成M序列時(shí)隨機(jī)初相為φ，φ在區(qū)間［0，2π］內(nèi)服從均勻分布，Xi為M 序列中某個(gè)碼元的值，Xi∈｛-1，1｝，則生成的無限長(zhǎng)周期M 序列信號(hào)可以表示為

假定第i次雷達(dá)回波干擾機(jī)和雷達(dá)距離為RJ，i，則干擾機(jī)接收到雷達(dá)信號(hào)SR，i（t）為

轉(zhuǎn)發(fā)式調(diào)相干擾信號(hào)可以表示為

ISAR 雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)為

經(jīng)過解線調(diào)處理后干擾信號(hào)為

其中

對(duì)解線調(diào)處理后的干擾信號(hào)作FFT 變換得到干擾信號(hào)的一維距離像為

其中

4 對(duì)ISAR 成像影響分析

干擾信號(hào)形成的一維距離像為一受辛格函數(shù)調(diào)制的梳狀譜，辛格函數(shù)主瓣零點(diǎn)寬度為，相鄰兩根譜線間隔為，主瓣內(nèi)譜線數(shù)目為2N-1。

若令干擾信號(hào)主瓣零點(diǎn)寬度與ISAR 系統(tǒng)解線調(diào)后信號(hào)帶寬相等，即，一般取，則干擾在每次回波距離像目標(biāo)成像區(qū)域內(nèi)生成2N-1個(gè)虛假點(diǎn)跡，從而破壞目標(biāo)距離像。

下面來分析M 序列碼調(diào)相干擾對(duì)方位成像的影響：

1）距離對(duì)準(zhǔn)

假設(shè)ISAR 采用相鄰包絡(luò)互相關(guān)法作距離對(duì)準(zhǔn)，則相關(guān)函數(shù)［3］表示為

干擾信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)不相關(guān)，相關(guān)函數(shù)表示為

第i次干擾信號(hào)與第i＋1 次干擾信號(hào)相關(guān)性越強(qiáng)，（τ）越接近沖擊響應(yīng)函數(shù)，干擾越容易破壞成像中的包絡(luò)對(duì)準(zhǔn)過程。

傳統(tǒng)的噪聲壓制干擾信號(hào)在相鄰兩次回波間相關(guān)性較差，對(duì)包絡(luò)對(duì)齊的破壞有限。M 序列碼調(diào)相干擾經(jīng)ISAR系統(tǒng)解線調(diào)后信號(hào)頻譜包絡(luò)為受辛格函數(shù)調(diào)制的梳狀譜，相鄰兩次回波期間接收到的干擾信號(hào)距離像相關(guān)性很強(qiáng)。ISAR成像系統(tǒng)中回波信號(hào)經(jīng)去斜后如果干信比很高，則R（τ）主要取決于干擾信號(hào)的相關(guān)函數(shù)。若相鄰兩次回波間干擾像和目標(biāo)像相對(duì)位置保持不變，則M 序列碼干擾不會(huì)影響到成像的包絡(luò)對(duì)準(zhǔn)過程。而實(shí)際中轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)可對(duì)干擾信號(hào)附加一隨機(jī)延遲分量Δτ，則干擾像譜包絡(luò)中心為Kr（tref-tJ，i-Δτ）也是一隨機(jī)變量，距離對(duì)準(zhǔn)則會(huì)受到破壞。

2）相位對(duì)準(zhǔn)

如果干擾信號(hào)被加以隨機(jī)延遲分量Δτ，則距離對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)被破壞，此時(shí)相位對(duì)準(zhǔn)過程肯定會(huì)被破壞掉。如果設(shè)計(jì)干擾機(jī)時(shí)沒有附加隨機(jī)延遲分量Δτ，當(dāng)干信比很高時(shí)，相位對(duì)準(zhǔn)主要取決于干擾信號(hào)，假設(shè)經(jīng)過包絡(luò)對(duì)準(zhǔn)后相鄰兩次距離像為C′i（r）和C′i＋1（r），可使用下式來估計(jì)剩余相位差［3］：

而每次干擾像的初相為一隨機(jī)變量，能極大程度上破壞ISAR 成像相位對(duì)準(zhǔn)，使方位成像散焦。

5 仿真分析

基于Matlab語言實(shí)現(xiàn)ISAR 成像過程，并將噪聲調(diào)頻干擾、噪聲調(diào)相干擾、M 序列調(diào)相干擾疊加于雷達(dá)回波信號(hào)中，得到干擾圖像如下：

圖3 無干擾時(shí)目標(biāo)像

圖4 普通寬帶噪聲調(diào)頻干擾

圖5 轉(zhuǎn)發(fā)式噪聲調(diào)相干擾

圖6 轉(zhuǎn)發(fā)式M 序列調(diào)相干擾

可以使用無干擾圖像和受干擾圖像二維相關(guān)系數(shù)評(píng)估干擾效果，計(jì)算公式如下［4］：

仿真中ISAR 成像系統(tǒng)輸入干信比JSR 均為30dB，圖3為無干擾時(shí)目標(biāo)像；圖4為普通噪聲調(diào)頻干擾時(shí)的成像結(jié)果，r＝0.33；圖5為轉(zhuǎn)發(fā)式噪聲調(diào)相干擾時(shí)的成像結(jié)果，r＝0.2；圖6為M 序列碼調(diào)相干擾時(shí)的成像結(jié)果，r＝0.14。

噪聲調(diào)頻、噪聲調(diào)相干擾為非相干干擾，成像結(jié)果可近似看作是目標(biāo)像和干擾像的線性疊加。解線調(diào)處理可以對(duì)噪聲調(diào)頻干擾起到很好的抑制作用，因此圖4中干擾效果不明顯；轉(zhuǎn)發(fā)式噪聲調(diào)相干擾與M 序列調(diào)相干擾類似，都是對(duì)接收到的ISAR 線性調(diào)頻信號(hào)加以調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)，能夠與雷達(dá)回波信號(hào)獲得相同的解線調(diào)處理增益，因此圖5干擾效果與圖4相比較好；而M 序列調(diào)相干擾可以破壞ISAR 整個(gè)成像過程，因此圖像6中已經(jīng)看不到目標(biāo)像，只有干擾像。

6 結(jié)語

該文較深入地分析了M 序列偽隨機(jī)碼調(diào)相干擾對(duì)ISAR 成像系統(tǒng)的影響，并基于Malab語言編程進(jìn)行驗(yàn)證。M 序列調(diào)相干擾可在距離向生成虛假點(diǎn)跡，破壞ISAR 方位成像過程，對(duì)ISAR 成像構(gòu)成非線性影響。

［1］張煜，對(duì)解線調(diào)處理的ISAR 的相干干擾技術(shù)［J］.電子學(xué)報(bào)，2006，34（9）：1-2.

［2］劉永坦.雷達(dá)成像技術(shù)［M］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999（10）：260-264.

［3］盧敏.對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)干擾技術(shù)研究［D］.西安電子科技大學(xué)，2005，1：21-22.

［4］李源.基于相關(guān)系數(shù)的ISAR 干擾效果評(píng)估方法［J］.電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35（4）：2.

［5］周梅紅，劉宇峰，胡曉雯，等.惡意代碼多態(tài)變形技術(shù)的研究［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2008，36（10）.