郭茂偉 彭振偉 李 軍

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合成孔徑雷達(dá)噪音干擾研討

郭茂偉 彭振偉 李 軍

61906部隊，河北 廊坊 065001

出于軍事保護(hù)目的，需要對高效高精度的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的干擾。在對合成孔徑技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹的基礎(chǔ)上，對噪音干擾技術(shù)進(jìn)行了簡要的討論，希望能夠?qū)铣煽讖嚼走_(dá)技術(shù)的發(fā)展以及干擾技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

合成孔徑雷達(dá)技術(shù)；噪音干擾；應(yīng)用

合成孔徑雷達(dá)，簡稱SAR，是一種全新的雷達(dá)成像技術(shù)，它是通過控制雷達(dá)沿著目標(biāo)體一致的方向勻速移動，不斷地對目標(biāo)體發(fā)射壓縮脈沖，然后將小孔徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)疊加，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的合成，達(dá)到對目標(biāo)體高精度的分辨。由于該技術(shù)無需較大的天線，使得雷達(dá)尺寸更小，而且能夠穿透植被和地面，克服不利氣候環(huán)境條件等對雷達(dá)成像的限制，應(yīng)用效果更好，所以在許多領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展。而軍事領(lǐng)域不僅要利用雷達(dá)成像技術(shù)對敵情進(jìn)行偵查，還要做好偵查保護(hù)工作，這就需要采取有效的措施避開敵方雷達(dá)的偵查。

要對合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行干擾，首先就需要對其成像原理進(jìn)行了解，這樣才能對其影響因素進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)更好的干擾[1]。

1 合成孔徑（SAR）技術(shù)發(fā)展概況

雷達(dá)對目標(biāo)體的分辨率體現(xiàn)在兩個方面，一是與雷達(dá)移動方向垂直的方向上的距離分辨能力，一是雷達(dá)移動方向上的目標(biāo)分辨能力。距離分辨率主要受脈沖信號的影響，信號寬度越小，分辨能力越強(qiáng)；而方位分辨率則主要受雷達(dá)天線的波束寬度影響，寬度越大，分辨率越高。從分辨率的影響參數(shù)來看，減小脈沖信號的寬度，增大雷達(dá)天線的尺寸，提高雷達(dá)信號的頻率，可以有效地提高雷達(dá)對目標(biāo)的成像能力，但是在實際情況中，受雷達(dá)搭載設(shè)備的運載能力以及其他因素的限制，不能很好地實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，這就使得雷達(dá)對目標(biāo)體的分辨率很難從參數(shù)上進(jìn)行提高。這就使得技術(shù)人員需要另辟蹊徑，從其他角度來考慮問題，探討在現(xiàn)有條件下，窄脈沖、小天線的雷達(dá)信號如何能夠提供高分辨率的成像結(jié)果，這也是合成孔徑技術(shù)出現(xiàn)的意義。

合成孔徑雷達(dá)技術(shù)完美地解決了目前的雷達(dá)成像技術(shù)難題，而且在現(xiàn)有條件下，提高了雷達(dá)成像效果，使得測繪精度更高，效果更好[2]。

2 合成孔徑雷達(dá)工作原理分析

（1）工作原理。合成孔徑是利用雷達(dá)向前運動來產(chǎn)生等效的長天線。雷達(dá)每發(fā)射一個脈沖，便占據(jù)飛行路線上稍遠(yuǎn)的一個位置。如果把一副較小的天線指向一側(cè)，并將連續(xù)脈沖的回波相加，從而合成出一個很長等效線性陣列。工作時，合成孔徑雷達(dá)按一定的重復(fù)頻率發(fā)、收脈沖。發(fā)射各相繼脈沖的那些點可以看成是陣列的單元，回波在通過陣列的時間內(nèi)由各個單元依次接收。接收的回波被距離波門周期性的采樣，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲到存儲器中。雷達(dá)對接收回波進(jìn)行積累相加，當(dāng)積累脈沖的數(shù)量滿足要求后，每個距離門中的和值就代表了來自單個距離/方位分辨單元的總回波。所以，一組距離門中的和值就代表了來自測繪區(qū)寬度的一行分辨單元的回波。

（2）數(shù)據(jù)處理成像。早期的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)采用光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)信號的采集與處理，雖然成像效果好，地圖精度高，但是對采集的條件要求極為苛刻，光學(xué)設(shè)備對振動比較敏感，必須保證雷達(dá)的平穩(wěn)運行，抗干擾能力較差，而且由于數(shù)據(jù)的采集和處理都是光學(xué)照片，所以處理較慢，往往需要雷達(dá)將數(shù)據(jù)返回地面進(jìn)行處理，極大地增加了數(shù)據(jù)成像的周期，這對于時效性要求很高的軍事行動而言無疑是非常不利的。

鑒于光學(xué)成像的缺陷，目前的雷達(dá)成像已經(jīng)隨技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了無線電波的成像，而且計算機(jī)能力的加強(qiáng)，使得實時成像成為可能。目前應(yīng)用較多，也是被廣泛認(rèn)可的高分辨率實時成像算法包括距離―多普勒算法，簡稱RD算法還有Chirp-Scaling，簡稱CS算法。

RD算法是將不同方向的脈沖進(jìn)行分離壓縮，先進(jìn)行距離方向脈沖的壓縮與距離徙動的校正，再進(jìn)行方位方向脈沖的壓縮與校正，由于不同方向信號互不干擾，所以信號計算量很小，而且算法簡單，使得數(shù)據(jù)處理成像速度很快，精度也能得到保證。但是該算法在距離彎曲較大時，速度方向與方位方向的脈沖會發(fā)生耦合，兩個方向的脈沖會互相影響，這樣就無法將兩個方向的數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨分離計算，使得成像效果較差，結(jié)果也不夠真實可靠。而目前的成像系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到毫米級別，距離彎曲的程度能夠得到很好的保證，這就使得RD算法的缺陷可以得到很好的控制，實現(xiàn)高精度的真實的數(shù)據(jù)成像。

而CS算法是將雷達(dá)的二維運動，通過相位因子將距離徙動校正到一維，由于實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)相位的考慮，避免了成像的失真，成像結(jié)果更加真實可靠，但是與RD算法相比，該算法更為復(fù)雜，計算過程也較慢，如果對目標(biāo)分辨率有著高精度的需求時，可以采用該方法[3]。

3 干擾功率的計算

合成孔徑雷達(dá)對目標(biāo)體的有效識別，是利用目標(biāo)體與周圍物體對無線電波的散射能力差別來區(qū)分的，反映到成像結(jié)果上就是圖像的灰度，所以判斷成像結(jié)果優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)就是目標(biāo)與周圍環(huán)境之間的灰度差別是否明顯。

灰度與信號的功率線性相關(guān)，回波的功率越強(qiáng)，則灰度差別越大。而噪音則會對散射波進(jìn)行干擾，對 回波功率造成影響，使得實際接收到的信號不僅包含有效信號，還包含大量無意義的噪音，回波功率的起伏變化，使得目標(biāo)體與周圍物體之間的灰度差別減弱，從而使雷達(dá)成像出錯的概率增加。

以下首先給出雷達(dá)回波和噪音的統(tǒng)計特性。

4 噪音干擾下的圖像特征檢測

干擾噪音與有效信號具有相同的物理性質(zhì)，都可以分為兩個方向的分量，分量幅度的特征又都滿足正態(tài)隨機(jī)分布，信號功率都滿足指數(shù)規(guī)律，所以，可以通過施加干擾噪音的方式，對有效信號進(jìn)行干擾，改變其功率的統(tǒng)計平均值。如果噪音干擾足夠大，或者與有效信號功率足夠近似，則會使相鄰單元的功率統(tǒng)計平均值接近，這樣就使得雷達(dá)的成像分辨能力大幅降低，無法有效地對目標(biāo)體進(jìn)行區(qū)分。從功率的概率密度函數(shù)公式來看，假設(shè)兩個相鄰單元的有效回波功率分別為1和2，對雷達(dá)信號施加同樣的干擾信號，則施加噪音干擾之后的信號平均功率為1（）和2（），干擾信號功率越大，對信號的功率影響越大，雷達(dá)分辨能力也就越弱。

5 結(jié)語

合成孔徑雷達(dá)是一種抗干擾能力較強(qiáng)的新體制雷達(dá)。要實現(xiàn)對其有效的干擾，就必須增加干擾系統(tǒng)對雷達(dá)信號特征和信號處理環(huán)節(jié)的了解程度，這勢必增加了干擾設(shè)備的復(fù)雜度，使其比較難以實現(xiàn)。

[1]張磊，曾大治，王惠，等.合成孔徑雷達(dá)干擾機(jī)有效保護(hù)區(qū)范圍動態(tài)計算模型研究[J].信號處理，2013，29（11）：1584-1589.

[2]花漢兵，王建新，劉光祖，等.寬帶逆合成孔徑雷達(dá)欺騙干擾技術(shù)研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報，2014，38（5）：615-619.

[3]王秀錦，盛驥松.成像雷達(dá)干擾機(jī)效能驗證平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].艦船電子對抗，2014，37（5）：51-54.

Synthetic aperture radar noise interference seminars

Guo Maowei Peng Zhenwei Li Jun

61906 troops, Hebei Langfang 065001

Synthetic aperture radar applications of modern technology as a more advanced technology, because of its high strength efficiency is widely used in aviation, aerospace, the following synthetic aperture radar noise interference explore research, synthetic aperture radar the application of technology to provide suggestions.

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TN958

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1009-6434（2016）08-0134-02