祝 俊，連 可，和小冬，唐 斌，王 軍

（1.電子科技大學電子工程學院，成都 611731；2.解放軍駐中國西南電子技術(shù)研究所軍事代表室，成都 610036）

基于運動干擾機的合成孔徑雷達二維移頻壓制干擾?

祝 俊1，??，連 可2，和小冬1，唐 斌1，王 軍1

（1.電子科技大學電子工程學院，成都 611731；2.解放軍駐中國西南電子技術(shù)研究所軍事代表室，成都 610036）

為了給移動或分布式目標提供有效的保護，提出了一種基于運動干擾機的SAR二維移頻壓制干擾方法。在波束照射范圍內(nèi)，運動干擾機在待保護目標附近截獲SAR發(fā)射信號，并根據(jù)目標在距離向的范圍與位置對其調(diào)制一個線性調(diào)頻信號后轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)Range-Doppler算法，推導了距離向失配干擾信號脈沖壓縮輸出的主瓣位置、幅度以及寬度；分析了由于干擾機的運動導致的方位向調(diào)制信號，給出了干擾機起始位置、運動速度與方位向脈沖壓縮輸出主瓣位置、幅度以及主瓣展寬量的關系。理論研究表明，干擾信號能夠在SAR圖像中形成面狀壓制區(qū)，可以實現(xiàn)對移動或分布式目標的有效保護。仿真實驗驗證了該方法的有效性。

合成孔徑雷達；運動干擾機；脈壓失配；壓制干擾

1 引言

目前，對SAR的干擾技術(shù)主要是利用固定干擾機針對保護靜止目標展開的［1－2］，而在現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中，運動的軍事目標往往更能影響戰(zhàn)爭結(jié)局。因此，開展具有一定機動性且保護移動目標的壓制或欺騙式干擾機及其干擾方法研究有著更加實際的軍事意義［3］。文獻［4］通過調(diào)制滿足特定關系的四階相位項實現(xiàn)方位向勻加速運動假目標有源干擾，但是，該方法產(chǎn)生四階相位項的計算量較大且只能在方位向上形成類似壓制干擾的運動假目標。文獻［5］分析了目標微動特性對方位向成像的影響，文獻［6］基于這種特性，通過方位向調(diào)制微動參數(shù)，距離向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)二維點陣假目標欺騙干擾或面狀壓制干擾，該方法只能在以干擾機為中心的對稱區(qū)域產(chǎn)生欺騙或壓制式干擾。文獻［7－9］研究了干擾機通過對接收信號進行延時與相位調(diào)整實現(xiàn)欺騙式動目標的干擾方法，但是，該方法需要將接收信號變換到距離向頻域-方位向時域來實現(xiàn)延時相位調(diào)制，時頻域變換計算量大，實時性不高，且需要多部干擾機協(xié)同工作才能達到較好的欺騙干擾效果。文獻［10］提出了一種基于移動干擾站的假目標欺騙式干擾方法，通過實時調(diào)整干擾機的位置實現(xiàn)對隨行目標的欺騙干擾，但是，該算法仍然需要通過對距離向信號進行時域－頻域－時域變換來產(chǎn)生干擾信號，其產(chǎn)生的欺騙式動目標僅在方位向一定范圍內(nèi)才能得到較好的聚焦圖像，隨著欺騙式動目標的方位向位置遠離干擾機，成像效果將變差。

針對上述固定干擾機及其干擾信號產(chǎn)生方法的局限性，本文提出了一種基于運動干擾機的SAR二維移頻壓制干擾方法，該方法在距離向調(diào)制LFM信號；在方位向上，由干擾機的運動引起多普勒質(zhì)心和調(diào)頻斜率的變化。這樣，使得干擾信號與SAR二維脈沖壓縮網(wǎng)絡部分失配，但仍能獲得較高的壓縮增益，能夠在SAR圖像中形成面狀壓制區(qū)，從而實現(xiàn)對移動或分布式目標的有效保護。

2 二維移頻壓制干擾原理與分析

2.1 干擾信號模型

以正側(cè)視SAR載機飛行航跡方向為X軸方向，以沿地面垂直于航跡為Y軸方向，以合成孔徑起始時刻SAR天線相位中心在水平面的投影為O點建立直角坐標系，其幾何關系如圖1所示。

圖1 運動干擾機與SAR成像幾何關系Fig.1 The relationship betweenmoving jammer and SAR geometry

設SAR載機的飛行速度為V，飛行高度為H，合成孔徑長度為L，合成孔徑時間為TL＝L/V，發(fā)射的LFM信號為

假設干擾機起始位置為（x0，y0，0），以速度v＝（vx，vy）做勻速直線運動。在方位向慢時間ta時刻，SAR載機的坐標為（Vta，0，H），干擾機的坐標為（x0＋vxta，y0＋vyta，0），則SAR平臺到干擾機起始位置的瞬時斜距R0（ta）為

SAR平臺到運動干擾機所處位置的瞬時斜距為

干擾機根據(jù)保護目標在距離向的位置與范圍，對截獲到的SAR發(fā)射信號快速調(diào)制一個LFM信號pr（t）后轉(zhuǎn)發(fā)出去。

其中，Tj為調(diào)制寬度，fj為中心頻率，Kj為調(diào)頻斜率，調(diào)制信號帶寬為Bj＝KjTj。

假設調(diào)制信號pr（t）的時長Tj＝T，且轉(zhuǎn)發(fā)延遲忽略不計，則SAR接收到的干擾信號為

其中，Aj為干擾信號幅度，tr為距離向快時間，c為光速，fd為距離向多普勒頻率，2Rj（ta）/c為回波時延，K＝Kr＋Kj為干擾信號的調(diào)頻斜率，B＝KT為干擾信號帶寬。經(jīng)過SAR接收機混頻、正交通道處理后，干擾信號可表示為

其中，與距離向脈沖壓縮信號有關的部分為

與方位向脈沖壓縮信號有關的部分為

2.2 距離向干擾效果分析

采用經(jīng)典Range-Doppler算法對其進行成像處理。根據(jù)駐定相位定理，距離向信號sr（tr，ta）關于tr的頻譜為

距離向脈沖壓縮的參考信號為

其頻譜為

對式（12）做逆傅里葉變換，得到的距離向脈沖壓縮的輸出函數(shù)［11］為

其中，2Rj（ta）/c－（fd＋fj）/K為距離向脈沖壓縮輸出主瓣的中心位置。當fj＞0，表示脈壓輸出主瓣中心位置前移；當fj＜0，表示脈壓輸出主瓣中心位置滯后。τr＝Bj/K為脈壓輸出的主瓣寬度，表示干擾信號與脈沖壓縮網(wǎng)絡失配導致的主瓣展寬。Bj越大，干擾信號失配越嚴重，脈壓輸出的主瓣越寬，幅度越低；Bj越小，干擾信號失配程度越小，脈壓輸出的主瓣越窄，幅度越高；Bj＝0時與移頻干擾一致。因此，改變調(diào)制LFM信號中心頻率fj與帶寬Bj的值，能夠在距離向上形成具有一定長度的前移或滯后于目標的線狀壓制干擾。

根據(jù)LFM信號的距離-多普勒耦合效應，脈壓輸出主瓣寬度轉(zhuǎn)換為干擾距離為Rr＝cτr/2，若已知需要保護目標的距離向范圍與位置，則根據(jù)干擾機截獲的SAR信號參數(shù)，可由此反推出需要調(diào)制信號的中心頻率與調(diào)頻斜率，從而實現(xiàn)距離向移頻壓制干擾。

2.3 方位向干擾效果分析

將式（2）、式（3）按照麥克勞林公式分別展開為

將式（15）、式（16）分別代入式（8），可得干擾機起始位置的方位向干擾信號為

干擾機在運動過程中產(chǎn)生的方位向干擾信號為

則式（19）可表示為

其中：

表示相對于干擾機起始位置，由干擾機運動引起的方位向調(diào)制信號可以等效為一個中心頻率為

由于SAR載機與照射目標之間的相對運動，使同一目標在SAR接收機中位于不同的距離門，若直接對其進行方位向壓縮處理，將會影響成像質(zhì)量。因此，在進行方位向脈沖壓縮前需要對其進行距離遷移校正。通過距離遷移校正，去掉距離向與方位向的耦合，使得合成孔徑時間TL內(nèi)ta變化在同一距離分辨單元內(nèi)，也即使sj（t，ta）關于t的變化與ta無關。這樣，方位向脈沖壓縮成為一維處理。

設方位向脈沖壓縮的參考函數(shù)為

式（22）與式（19）關于的ta頻譜分別為

其中，

主瓣寬度為

由式（27）、式（28）可以看出，方位向信號脈沖壓縮后的位置與干擾機的起始位置、運動速度有關，脈沖壓縮輸出寬度只與干擾機運動速度有關。

當干擾機沿方位向運動時，方位向信號的脈壓輸出主瓣中心位置與主瓣寬度分別為

當干擾機沿距離向運動時，方位向信號的脈壓輸出主瓣中心位置與主瓣寬度分別為

由式（29）與式（30）可以看出，當vx與vy越大，脈壓輸出主瓣的中心位置離干擾機起始位置越遠，干擾距離越大，反之亦然。若已知需要保護目標的方位向范圍與位置，根據(jù)干擾機的起始位置與測得的SAR平臺的運動速度，則可由式（29）與式（30）反推出干擾需要的運動速度與方向，從而實現(xiàn)方位向移頻壓制干擾。

3 仿真實驗與分析

假設干擾機位于場景中央（0，10 000m），SAR參數(shù)如表1所示。

表1 正側(cè)視SAR仿真實驗參數(shù)Table 1 The simulation parameters of side-looking SAR

若距離向調(diào)制LFM信號的脈寬與SAR發(fā)射的信號相同，成像結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，由于干擾信號與距離向脈沖壓縮網(wǎng)絡失配，從而在距離向上形成線狀假目標。由于fj≠0，假目標的中心偏離干擾機的位置，其偏離方向與fj的值有關。當fj＞0時，表示假目標與雷達平臺之間的距離小于干擾機與雷達平臺之間的距離，即假目標在距離向上超前于干擾機的位置，反之亦然。并且，隨著｜fj｜的增大，假目標與干擾機之間的距離變大。隨著調(diào)頻斜率的增大，距離向干擾信號失配越嚴重，則脈沖壓縮后的主瓣就越寬，也即壓制干擾距離就越大。

果蔬運輸系統(tǒng)作為服務行業(yè)，應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對提升整體管理水平，使果蔬運輸服務在速度上和質(zhì)量上得以體現(xiàn)，使得運輸過程中數(shù)據(jù)的傳輸更加準確及時，便于交互、監(jiān)控并及時反饋信息。

圖2 調(diào)制信號對距離向的影響Fig.2 The effects ofmodulated signal on range direction

由干擾機運動導致的方位向、距離向的成像結(jié)果如圖3所示。

圖3 干擾機運動速度對方位向的影響Fig.3 The effects ofmoving velocity on azimuth direction

由圖3（a）、（b）可以看出，由于干擾機運動造成方位向信號附加調(diào)制LFM信號，從而形成的線狀假目標在點（0，10 000）沿方位向隨著運動速度的增大而逐漸展寬，這與式（29）的分析一致。

由圖3（c）、（d）可以看出，形成的假目標沿方位向隨著運動速度的增大而逐漸遠離干擾機起始位置，并且隨著運動速度的增加方位向?qū)挾戎饾u展寬，這與式（30）的分析一致。同時，由于干擾機沿距離向運動，使得SAR平臺到干擾機的瞬時斜距Rj（ta）與SAR平臺到干擾機起始位置的斜距相比逐漸增大，從而導致距離向散焦，并且隨著干擾機運動速度的增大，斜距之差也逐漸變大，距離向散焦越嚴重，也即距離向脈沖壓縮輸出主瓣寬度越寬。

由圖3（e）、（f）可以看出，由于干擾機運動造成方位向信號附加調(diào)制LFM信號，從而形成的線狀假目標在點（0，10 000）沿方位向隨著運動速度的增大而逐漸展寬，這與式（27）、（28）的分析一致。

干擾機在運動過程中對截獲的SAR信號進行調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)的復合調(diào)制，成像結(jié)果如圖4所示。

圖4 運動復合調(diào)制參數(shù)的影響Fig.4 The effects ofmodulated signal andmoving velocity on imaging

由圖4（a）、（b）可以看出，隨著距離向調(diào)制的LFM信號中心頻率不同，假目標在距離向上的位置不同。隨著距離調(diào)制的LFM信號帶寬的增加，形成的假目標在距離向上逐漸展寬。隨著干擾機沿方位向運動速度的增加，形成的假目標在方位向上越寬。隨著干擾機沿距離向運動速度的增加，形成的假目標逐漸遠離干擾機起始位置。因此，干擾機在運動過程中截獲SAR信號，調(diào)制一個LFM信號后轉(zhuǎn)發(fā)給SAR平臺，能夠在圖像中不同的位置形成面狀假目標壓制式干擾，通過調(diào)整干擾機的運動速度、運動方向以及調(diào)整調(diào)制參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對分布式目標的保護或機動目標的突防。

4 結(jié)束語

本文提出了一種利用干擾機在運動過程中對截獲的SAR信號調(diào)制一個LFM信號來實現(xiàn)壓制式干擾的實現(xiàn)方法。分析了調(diào)制LFM信號對SAR距離向的干擾效果，理論上推導了距離向的位置與展寬量的表達式；分析了由干擾機的運動導致的SAR方位向干擾效果，理論上推導了方位向的位置與展寬量的表達式；給出了距離向調(diào)制LFM信號、不同運動方向以及復合運動調(diào)制的仿真實驗，仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性。研究表明：由這種方式產(chǎn)生的干擾信號能夠在圖像中不同的位置形成面狀假目標壓制式干擾。因此，通過適當調(diào)整干擾機的運動速度與方向以及調(diào)整LFM信號的參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對分布式目標的保護或機動目標的突防，是一種有效的SAR二維壓制干擾方法。

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?？。?974—），男，四川蓬安人，2008年獲博士學位，現(xiàn)為電子科技大學電子科學與技術(shù)博士后流動站博士后，主要從事電子對抗方面的研究；

ZHU Jun was born in Peng′an，Sichuan Province，in 1974.He received the Ph.D.degree in 2008.He is currently a postdoctoral fellow in Postdoctoral Research Station of Electronic Science and Technology at University of Electronic Science and Technology of China.His research concerns electronic countermeasure.

Email：uestczhujun＠163.com

連可（1978—），男，重慶璧山人，2008年獲博士學位，現(xiàn)為高級工程師，主要從事航空電子裝備方面的研究；

LIAN Ke was born in Bishan，Chongqing，in 1978.He received the Ph.D.degree in 2008.He is now a senior engineer.His research concerns avionics equipment.

Email：lian－k＠163.com

和小冬（1984—），男，河南許昌人，博士研究生，主要研究方向為雷達信號處理；

HE Xiao-dong was born in Xuchang，Henan Province，in 1984.He is currently working toward the Ph.D.degree.His research concerns radar signal processing.

Email：winter－h(huán)e＠hotmail.com

唐斌（1964—），男，四川廣安人，教授、博士生導師，主要從事電子對抗、雷達抗干擾和新一代通信技術(shù)方面的研究；

TANG Binwasborn in Guang′an，Sichuan Province，in 1964. He is now a professor and also the Ph.D.supervisor.His research interests include electronic countermeasure，radar anti-jamming technology and new－generation communication technology.

Email：bint＠ee.uestc.edu.cn

王軍（1971—），男，甘肅蘭州人，高級工程師，主要從事電子對抗方面的研究。

WANG Jun was born in Lanzhou，Gansu Province，in 1971. He is now a senior engineer.His research concernselectronic countermeasure.

Email：wangjun＠ee.uestc.edu.cn

2-D Frequency-shift Suppressed Jamm ing to SAR Based on M oving Jammer

ZHU Jun1，LIAN Ke2，HE Xiao-dong1，TANG Bin1，WANG Jun1
（1.School of Electronic Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China；2.PLA Military Delegation Office for Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

A two dimensional（2-D）frequency-shift suppressed jammingmethod for synthetic aperture radar（SAR）is proposed in this paper for protecting themoving or distributed targets.In the beam illuminated area，the jammer ismoving around the protected target to intercept the signal transmitted by SAR.Itmodulates a chirp signal rapidly，then amplifies and retransmits themodulated signal to SAR.According to the Range-Doppler algorithm，this paper derives the output expression of the range and azimuth jamming signal，and analyzes the relationship between themismatched signalswhich are caused bymodulated parameters and themoving velocity of jammer，and the location，amplitude，width of the pulse compression output.Theoretical analysis indicates that themismatched jamming signal can produce a flat shape false target suppressed jamming area so as to achieve effective protection of the distributed target or themoving target.The simulation results verify the validity of thismethod.

synthetic aperture radar；moving jammer；pulse compressionmismatching；suppressed jamming

TN972

A

1001－893X（2013）04－0383－06

10.3969/j.issn.1001－893x.2013.04.003

2012－12－04；

2013－04－15 Received date：2012－12－04；Revised date：2013－04－15

??通訊作者：uestczhujun＠163.com Corresponding author：uestczhujun＠163.com