張靜克 代大海 邢世其 肖順平 王雪松

SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾

張靜克 代大海 邢世其 肖順平 王雪松

（國防科學技術(shù)大學電子信息系統(tǒng)復雜電磁環(huán)境效應國家重點實驗室，湖南長沙410073）

提出一種新的合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾.該方法巧妙結(jié)合了脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)兩種干擾技術(shù)，其干擾實施流程為：干擾機對截獲的SAR信號全脈沖接收存儲，并對其進行分段以及適當?shù)呐判?，在接下來的一個或多個脈沖重復周期內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達形成干擾.基于SAR信號模型研究了該干擾對SAR的干擾原理，進一步分析了干擾效果與關(guān)鍵干擾參數(shù)之間的關(guān)系，并利用仿真進行了驗證.研究表明，根據(jù)參數(shù)設(shè)置的不同，該方法能夠在SAR圖像中形成二維欺騙干擾或壓制干擾.

合成孔徑雷達；脈內(nèi)分段排序；脈間間歇采樣；二維欺騙干擾；壓制干擾

引 言

合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）作為一種先進的微波對地探測設(shè)備，能夠全天時、全天候地獲取高分辨雷達圖像，在戰(zhàn)場監(jiān)視、地理遙感以及目標識別等領(lǐng)域應用廣泛［1－3］.相應地，有效地干擾SAR雷達系統(tǒng)，已成為當前提高己方重要軍事目標地面生存能力的緊迫需求之一.

由于SAR具有二維相干處理增益［4］，能夠有效地抑制非相干干擾［5－8］，因此對SAR干擾優(yōu)先考慮相干干擾.目前基于數(shù)字射頻存儲器（Digital Radio Frequency Modulator，DRFM）的相干轉(zhuǎn)發(fā)干擾［9－15］能夠高保真模仿雷達波形，干擾信號能夠獲得與真實SAR信號相當?shù)奶幚碓鲆妫诰嚯x向或方位向產(chǎn)生相干假目標.然而基于DRFM的延時轉(zhuǎn)發(fā)干擾［10］只能夠在SAR距離向產(chǎn)生滯后于實際目標的假目標，容易被雷達采用脈沖前沿跟蹤等方法鑒別.基于DRFM的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾［11－12］能夠在SAR距離向能夠產(chǎn)生超前或滯后的假目標，但是干擾的功率利用率低且在實現(xiàn)時需快速切換射頻收發(fā)開關(guān).文獻［13－14］提出了一種基于DRFM的脈內(nèi)分段排序轉(zhuǎn)發(fā)干擾，該干擾通過DRFM對雷達信號全脈沖接收然后均勻分段并重新排序轉(zhuǎn)發(fā)，無需其他干擾調(diào)制即可在距離向產(chǎn)生多個虛假目標，假目標輸出時延僅與轉(zhuǎn)發(fā)信號次序和原始雷達信號次序之差有關(guān).然而該干擾信號相對于目標信號至少延遲了一個脈沖寬度，與延時轉(zhuǎn)發(fā)一樣，當雷達采用脈沖前沿跟蹤處理方式時，可以識別虛假目標.文獻［15］提出了一種基于DRFM的方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法，該干擾方法通過脈間分時收發(fā)且無需其他調(diào)制即可在方位向產(chǎn)生虛假目標，且在不考慮干擾機系統(tǒng)延遲的情況下，假目標的距離向位置可與真實目標保持一致，能夠有效地對抗脈沖前沿跟蹤處理技術(shù).

針對脈內(nèi)分段排序轉(zhuǎn)發(fā)干擾的不足，本文提出一種SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾，該方法能夠便捷地形成二維欺騙干擾或壓制干擾，為多假目標欺騙干擾或壓制干擾提供一種新的實現(xiàn)思路.論文首先建立了SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾的信號模型，并利用距離多普勒成像方法得到干擾的輸出結(jié)果；分析了關(guān)鍵參數(shù)與干擾效果之間的關(guān)系；通過仿真進行了驗證.

1 SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號模型

式中：τ為距離向快時間；η為方位向慢時間；Tp為脈沖寬度；fc為載頻；kr為調(diào)頻斜率.全時間t＝τ＋η，則發(fā)射信號的帶寬B＝｜krTp｜.

以機載正側(cè)視SAR為例，SAR干擾場景如圖1所示，載機以速度Va飛行，干擾機位于SAR觀測帶中，其最小斜距為Rj，方位向位置為0.SAR到干擾機的雙程時延為

1.1SAR脈內(nèi)分段排序轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型設(shè)SAR發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號為，則干擾機截獲的SAR信號去載頻后為

圖1 SAR干擾場景示意圖

圖2 脈內(nèi)分段排序干擾原理示意圖

將干擾機所截獲信號按照圖2所示在脈內(nèi)分成N段等長的信號為表示第i段信號中心時刻相對于SAR初始信號中心時刻的時延.然后根據(jù)干擾需要對存儲信號重新排序，假設(shè)重新排序后的第k段信號對應原始信號中的第i段信號，則干擾機存儲信號為

式中，i＝1，2，…，N.

1.2SAR脈間間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型

脈間間歇采樣信號為圖3所示矩形脈沖串，可表示為

式中：Tw為采樣脈沖脈寬，通常要求Tp＜Tw＝T（T為SAR信號脈沖重復周期）；Ts為間歇采樣周期，通常有Ts＝MT（M為正整數(shù)且M≥2）.

圖3 脈間間歇采樣脈沖串

對式（4）中信號以圖3方式進行間歇采樣可得

設(shè)干擾機系統(tǒng)延遲為τj，按照如下工作流程：在接下來的M－1個脈沖到來時，干擾機均向SAR轉(zhuǎn)發(fā)式（6）所示信號，再對下一個采樣周期內(nèi)的脈沖串進行相同的采樣、轉(zhuǎn)發(fā)，直到整個合成孔徑時間結(jié)束，可得SAR接收到的干擾信號去載頻后為

式中：τm（η）＝τd（η）＋τd（η－mT）／2表示某一間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)周期中第m組干擾的傳播時延：τ′k＝－Tp／2－Tp／2 N＋kTp／N＋τm（η）＋τj為第m組轉(zhuǎn)發(fā)干擾中第k段信號的時延：τkm＝（k－i）Tp／N＋τj＋τm（η）；Aj為干擾信號幅度.

2 干擾信號的SAR成像特性分析

利用距離多普勒成像方法對干擾信號進行成像處理.首先進行距離向匹配濾波可得［4］

對式（8）進行距離遷徙校正可得

式中：τkj＝（k－i）Tp／N＋2R0／c＋τj表示k段信號生成的假目標的距離向輸出時延；為假目標的距離向包絡，與理想點目標相比，假目標的距離向分辨率降低了N倍；k′a＝－2f′cV2a／cRj為第k段信號的方位向調(diào)頻率，其中f′c＝fc－（B／2－iB／N＋B／2 N）對式（9）進行方位向匹配濾波可得

式中：D＝Tw／Ts表示脈間間歇采樣信號的占空比；Δka＝k′a－ka表示方位向信號調(diào)頻率k′a與方位向匹配濾波器的調(diào)頻率ka＝－2fcV2a／cR0的失配誤差，R0為SAR成像場景中心斜距；Ba為方位向帶寬.由文獻［4］可知匹配濾波時調(diào)頻率失配并不會改變方位向壓縮峰值的輸出位置，也即方位向假目標的輸出時刻仍然為mT／2－n／k′aTs，但是其會造成假目標的方位向主瓣展寬以及旁瓣升高.

由式（10）可得干擾的SAR成像結(jié)果表現(xiàn)為多個幅度不等、分布有規(guī)律的二維假目標，其中第k段信號產(chǎn)生的假目標的距離向位置、方位向位置和幅度分別為：

由式（13）可知，當Dsin（nD）＝0或n／Ts≥ Ba時，則無干擾輸出，因此可確定每段干擾信號對應的方位向假目標個數(shù)應滿足下式：

floor（·）表示“往小取整”函數(shù).由式（14）可知脈間間歇采樣周期越大，轉(zhuǎn)發(fā)組數(shù)越多，形成的假目標個數(shù)也就越多.

式中，xj為干擾機的方位向位置.由式（11）可知轉(zhuǎn)發(fā)干擾中第k段信號生成的假目標距離向位置一致，由排序轉(zhuǎn)發(fā)前后的序號之差（k－i）以及分段數(shù)決定，若不考慮干擾機系統(tǒng)時延，當（k－i）＜0時假目標的位置將超前干擾機.

由式（12）可知轉(zhuǎn)發(fā)干擾中第k段信號同組轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生的假目標沿方位向以Δx＝－Va／ka′Ts等間隔分布，間隔與脈間間歇采樣周期Ts成反比，和方位向信號調(diào)頻率ka′成反比，與階數(shù)n無關(guān).相鄰組轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生的同階假目標之間的間隔為VaT／2.

3 關(guān)鍵參數(shù)對干擾效果的影響

由上節(jié)分析可知，假目標與干擾信號的分段數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)順序、脈間間歇采樣周期以及占空比等有關(guān).下面對每個參數(shù)對干擾效果的影響進行詳細分析.

由式（10）、（11）、（12）和（13）可知，干擾信號的分段轉(zhuǎn)發(fā)順序?qū)倌繕说姆取⒕嚯x向位置、距離向分辨率、方位向位置、方位向間隔以及干擾在距離向形成的假目標的個數(shù)均有影響.當信號的轉(zhuǎn)發(fā)次序為完全逆序時，轉(zhuǎn)發(fā)干擾沿距離向形成N組以cTp／N等間隔分布的假目標，此時假目標的個數(shù)最多，與理想點目標相比，假目標的距離向分辨率降低了N倍.當轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號中存在原始雷達信號中相鄰的多段信號（i－1，i，…）被依次轉(zhuǎn)發(fā)（k－1，k，…）的情況，則多段信號生成的假目標距離向輸出位置相同，即多段信號生成的一段假目標，該段假目標的距離向分辨率提高，幅度增加，相應的假目標的個數(shù)就會減少.又由每段干擾信號對應的方位向調(diào)頻率k′a不同，則不同段信號產(chǎn)生的假目標的幅度、方位向位置和方位向間隔均不相同，每段干擾信號對應的轉(zhuǎn)發(fā)前的序號i越大，該段信號的方位向調(diào)頻率｜k′a｜越大，則該段信號產(chǎn)生的假目標幅度越小，假目標的方位向主瓣越寬，距干擾機的方位向偏移量越小，同組假目標的方位向間隔Δx越小.

由式（10）、（11）和（13）可知，轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號的分段數(shù)主要對距離向假目標個數(shù)、距離向位置、距離向分辨率以及幅度有影響.特別地，當轉(zhuǎn)發(fā)干擾完全逆序轉(zhuǎn)發(fā)時，干擾信號分段數(shù)越多，其形成的距離向假目標段數(shù)就越多，相鄰假目標的距離向間隔就越小，距離向分辨率越低，假目標的幅度越小.由Tw＝T以及Ts＝MT可知，對于脈間間歇采樣信號，當采樣周期Ts確定后，其占空比和轉(zhuǎn)發(fā)組數(shù)也隨之確定了，即Ts越大，占空比越小，轉(zhuǎn)發(fā)組數(shù)越多.由式（12）可知Ts與每段信號形成的假目標的方位向偏移以及同組假目標的間隔成反比，與假目標的個數(shù)成正比.由式（13）可知，占空比越大即Ts越小時，每段信號產(chǎn)生的假目標的幅度與占空比成正比，非0階假目標相對0階假目標的幅度比與占空比成反比.由式（10）和式（12）可知，當M＝2時即單組干擾時，每段干擾信號形成沿方位向等間隔分布的單組假目標列；當M＞2為多組干擾時，每段干擾信號形成多組假目標列，每組假目標沿方位向等間隔分布，相鄰假目標列之間的方位向間隔小于Va／2Ba，即多組假目標會耦合在一起，無法分辨，從而形成方位向短距離跨度的覆蓋式干擾效果，假目標幅度也因各組假目標列的耦合、混疊等出現(xiàn)一定的起伏.

4 仿真驗證與分析

本節(jié)通過仿真對脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾的干擾效果進一步的分析和驗證.SAR系統(tǒng)參數(shù)如表1所示.成像場景的距離向和方位向范圍分別為［4 850m，5 150m］和［－150m，150m］，干擾機位于場景中心（0，5 000m）處，在干擾機處設(shè)置一個參考點目標，不考慮干擾機的系統(tǒng)延遲，干信比為10dB.

表1 SAR系統(tǒng)參數(shù)

圖4給出了復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾與單種干擾的效果對比，仿真中分段數(shù)為4，轉(zhuǎn)發(fā)順序為完全逆序，脈間間歇采樣周期為Ts＝2T，即單組轉(zhuǎn)發(fā).由于分段排序轉(zhuǎn)發(fā)干擾相對于目標信號延遲了一個脈沖寬度，因此其形成假目標的位置要滯后于參考目標，如（a）圖所示，由于場景的限制只能觀測到第3和4段信號形成的假目標.由（b）圖可知脈間間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾能夠沿方位向產(chǎn)生虛假目標，而且假目標的距離向位置與參考目標相同，但是其無法在距離向形成多假目標.（c）圖是復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果圖，形成了二維欺騙點假目標，其中假目標的距離向間隔cTp／4＝75m，第3和4段信號形成假目標的距離向位置超前干擾機，第1和2段信號形成假目標的距離向位置落后干擾機，此時雷達難以利用脈沖前沿跟蹤處理技術(shù)識別假目標；由Ts＝2T可知fs＝fPR／2，則由式（14）可知每段信號在方位向形成的假目標數(shù)目為3，非0階假目標的幅度低于0階假目標的幅度.（d）圖給出了右側(cè)一列假目標的局部放大圖，可以從圖中觀測到不同段假目標的方位向偏移以及方位向間隔存在細微的差異，與該段信號在原始信號中的序號成反比.

圖5給出了不同參數(shù)下復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果對比圖.圖5（a）中由于存在依次轉(zhuǎn)發(fā)的情況，因此轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號沿距離向形成了3段假目標，其中第1、2段形成了一段假目標，該段假目標的幅度大于第3、4段形成的假目標，其分辨率也優(yōu)于第3、4段形成的假目標，每段假目標的距離向偏移與分段排序轉(zhuǎn)發(fā)前后的序號差成正比.由圖4（c）和圖5（a）對比可知當分段數(shù)相同時，完全逆序轉(zhuǎn)發(fā)形成的點假目標個數(shù)最多.

圖5（b）中，由于是完全逆序轉(zhuǎn)發(fā)，形成了沿距離向等間隔分布的4段假目標，距離向間隔為75 m.由Ts＝17T可知，該轉(zhuǎn)發(fā)干擾經(jīng)過16次轉(zhuǎn)發(fā)，每段干擾信號在方位向形成16組假目標列，每組假目標的最大個數(shù)為23個，由于高階假目標的幅度較低，因此只能觀測到較低階的假目標；又由于多組假目標耦合在一起，因此無法從圖像中分辨出多組假目標，最后一組和第一組同階假目標的方位向偏移可近似為假目標的擴展長度，由圖5（c）可以看出同階假目標經(jīng)過耦合后擴展長度約為5m，這與理論值吻合.由圖4（c）和圖5（b）對比可知，當分段數(shù)相同時，隨著間歇采樣周期的增大，假目標的數(shù)目增多，在方位向形成耦合，具有一定的覆蓋干擾效果，間歇采樣周期越大，覆蓋效果越明顯.

圖4 復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾與單種干擾效果對比圖

由圖5（d）可知隨著分段數(shù)和間歇采樣周期的增加，形成的假目標的數(shù)目增多，距離向、方位向間隔減小，假目標的二維分辨率降低，在距離向和方位向均出現(xiàn)耦合，形成壓制式干擾圖像.由于分段數(shù)和間歇采樣周期的增加會導致假目標幅度的下降，因此要形成有效的壓制干擾，需要依據(jù)實際情況，根據(jù)式（13）選擇合適的分段數(shù)、間歇采樣周期和干擾發(fā)射功率，這屬于干擾實施策略問題，不影響本文理論分析的正確性，因此不再贅述.

圖5 不同參數(shù)復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾效果圖

5 結(jié) 論

本文提出一種SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾，理論分析和仿真驗證均表明該干擾對干擾機截獲信號進行分段排序以及脈間間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)而無需其他干擾調(diào)制，即可在SAR圖像的特定區(qū)域內(nèi)形成多個幅度不同、分布有規(guī)律的二維假目標.假目標的距離向位置可以超前真實目標，有效解決了分段排序轉(zhuǎn)發(fā)干擾假目標滯后的問題，而且可以根據(jù)干擾參數(shù)的不同形成二維欺騙干擾和壓制干擾，是一種簡單、高效的SAR干擾方法.

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A composite repeating jamming method for SAR based on in－pulse separation and reordering and interpulse intermittent sampling

ZHANG Jingke DAI Dahai XING Shiqi XIAO Shunping WANG Xuesong
（State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System，National University of Defense Technology，Changsha Hunan 410073，China）

A novel composite repeating jamming method for synthetic aperture radar（SAR）is proposed，which combines in－pulse separation and reordering with interpulse intermittent sampling subtly.The basic idea is as：firstly storing the SAR pulse completely，then separating，reordering the stored signal，finally transmitting the stored signal in the next one or several pulse repetition periods to the radar.Based on the signal models of SAR，principles of the jamming are derived.Then，the relationship between key jamming parameters and the effect is analyzed.Furthermore，the conclusion is verified via simulation.The result shows that the jamming can produce two－dimensional deceptive jamming or suppression jamming according to well configured the key jamming parameters.

synthetic aperture radar（SAR）；in－pulse separation and reordering；interpulse intermittent sampling；two－dimensional deceptive jamming；suppression jamming

TN95

A

1005－0388（2015）02－0224－08

張靜克（1988－），男，河南人，國防科技大學電子科學與工程學院博士研究生，主要研究方向為合成孔徑雷達信號處理以及對抗.

代大海（1980－），男，河南人，國防科技大學電子科學與工程學院副研究員，碩士生導師，主要研究方向為極化雷達成像、雷達信號處理與目標識別以及合成孔徑雷達對抗.

邢世其（1984－），男，江西人，國防科技大學電子科學與工程學院講師，主要研究方向為極化雷達成像、雷達信號處理以及合成孔徑雷達對抗.

肖順平（1964－），男，江西人，國防科技大學電子科學與工程學院教授，主要研究方向為極化信息處理、雷達目標識別、綜合電子戰(zhàn)信息戰(zhàn).

王雪松（1972－），男，內(nèi)蒙古人，國防科技大學電子科學與工程學院教授，博士生導師，主要研究方向為雷達目標識別、新體制雷達技術(shù).

張靜克，代大海，邢世其，等.SAR脈內(nèi)分段排序和脈間間歇采樣復合轉(zhuǎn)發(fā)干擾［J］.電波科學學報，2015，30（2）：224－231.

10.13443／j.cjors.2014042802

ZHANG Jingke，DAI Dahai，XING Shiqi，et al.A composite repeating jamming method for SAR based on in－pulse separation and reordering and interpulse intermittent sampling［J］.Chinese Journal of Radio Science，2015，30（2）：224－231.（in Chinese）.doi：10.13443／j.cjors.2014042802

2014－04－28

聯(lián)系人：張靜克E－mail：zhangjk1025＠163.com