房明星, 畢大平, 沈愛國

(電子工程學(xué)院, 安徽 合肥 230037)

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SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法

房明星, 畢大平, 沈愛國

(電子工程學(xué)院, 安徽 合肥 230037)

針對波形捷變合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)提出一種新的干擾方法:多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾。首先依據(jù)調(diào)頻斜率捷變SAR信號方位向時(shí)延和多普勒移頻的耦合特性,提出SAR多普勒移頻干擾方法,在此基礎(chǔ)上,為產(chǎn)生方位向位置精確可控的多假目標(biāo),結(jié)合方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾技術(shù),研究了SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾機(jī)理,并對干擾效果及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。為同時(shí)形成距離向超前和滯后的假目標(biāo),建立了干擾應(yīng)用模型,給出了各階假目標(biāo)能量補(bǔ)償系數(shù)及多組假目標(biāo)產(chǎn)生方法,可同時(shí)滿足重點(diǎn)目標(biāo)和重要區(qū)域的防護(hù)需求。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明了干擾方法的可行性、有效性。

合成孔徑雷達(dá); 波形捷變; 調(diào)頻斜率捷變; 多普勒移頻; 間歇采樣

0　引　言

合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)是一種高分辨率成像雷達(dá),具有全天時(shí)、全天候、高分辨等特點(diǎn),在軍事偵察、地圖測繪、資源勘探等方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。尤其在阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮的重要作用,使得SAR干擾技術(shù)研究成為電子對抗領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題[2-5]。SAR通過二維匹配濾波可獲得很高的相干處理增益,具有極強(qiáng)的抗干擾能力,可有效對抗傳統(tǒng)的非相干干擾。數(shù)字射頻存儲技術(shù)(digital radio frequency memory,DRFM)能夠高保真存儲、模擬、轉(zhuǎn)發(fā)干擾機(jī)截獲的雷達(dá)信號,干擾信號可獲得與雷達(dá)信號相當(dāng)?shù)南喔商幚碓鲆?可對SAR形成逼真的假目標(biāo)干擾,是未來SAR干擾技術(shù)的主要發(fā)展方向[6-7]。當(dāng)前,基于DRFM的SAR干擾技術(shù)主要針對常規(guī)SAR,干擾技術(shù)研究已比較成熟,文獻(xiàn)[8-10]根據(jù)線性調(diào)頻信號時(shí)延和移頻的耦合特性,采用DRFM全脈沖存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式對SAR移頻干擾技術(shù)進(jìn)行了研究,不同移頻方式情況下可在SAR距離向形成逼真點(diǎn)假目標(biāo)、干擾條帶或干擾區(qū)域;文獻(xiàn)[11]則依據(jù)SAR線性調(diào)頻信號方位向時(shí)延和多普勒移頻的耦合特性,提出SAR方位向多普勒調(diào)制干擾,根據(jù)多普勒調(diào)制方式的不同可在SAR方位實(shí)現(xiàn)多種假目標(biāo)干擾效果?；贒RFM的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾技術(shù)可解決干擾機(jī)收發(fā)隔離和距離向超前問題,是一種靈巧的相干干擾方式,文獻(xiàn)[12]將間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾技術(shù)應(yīng)用于SAR干擾,提出SAR間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法,可在SAR距離向形成超前和滯后的假目標(biāo)串;文獻(xiàn)[13]提出基于DRFM的方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法,該方法通過脈間收發(fā)分時(shí)可在方位向產(chǎn)生假目標(biāo)串,解決了脈沖重復(fù)周期內(nèi)收發(fā)分時(shí)導(dǎo)致的假目標(biāo)滯后問題,可有效對抗脈沖前沿跟蹤處理技術(shù);在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[14]進(jìn)一步提出了SAR二維間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾技術(shù),可在距離向和方位向同時(shí)生成虛假目標(biāo)串,并給出了具體的干擾應(yīng)用模型。

以調(diào)頻斜率捷變和調(diào)頻斜率極性捷變?yōu)榇淼牟ㄐ谓葑僑AR比常規(guī)SAR具有更強(qiáng)的抗干擾能力,傳統(tǒng)的基于DRFM全脈沖存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式難以對抗波形捷變SAR[15-16]。當(dāng)前,針對波形捷變SAR的干擾研究主要基于DRFM的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾,文獻(xiàn)[17]針對調(diào)頻斜率捷變SAR提出間歇采樣快/慢時(shí)間調(diào)制干擾,可對波形捷變SAR形成有效欺騙干擾,但快時(shí)間調(diào)制要求波形捷變信號具有時(shí)延和頻移的強(qiáng)耦合性;文獻(xiàn)[18]將間歇采樣干擾與散射波干擾相結(jié)合,針對調(diào)頻斜率捷變SAR提出間歇采樣散射波干擾,可實(shí)現(xiàn)攜帶真實(shí)目標(biāo)散射信息的多假目標(biāo)干擾,但是干擾圖像失真嚴(yán)重且需要較大的干擾功率;文獻(xiàn)[19]分析了間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對調(diào)頻斜率極性捷變SAR的干擾效果,在一定條件下可對SAR形成二維多階假目標(biāo),但干擾信號存在較大的匹配失配。上述方法為波形捷變SAR提供了可行的干擾思路,但主要針對距離向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾展開的,目前,針對波形捷變SAR的方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾和多普勒移頻干擾還未見報(bào)道。

波形捷變SAR距離向快時(shí)間信號不再具備典型線性調(diào)頻信號規(guī)律,但在Fresnel近似條件下,方位向慢時(shí)間信號仍可視為線性調(diào)頻信號[15,17],因此,本文依據(jù)方位向線性調(diào)頻信號時(shí)延和多普勒的耦合特性,結(jié)合方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),提出波形捷變SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾,對其干擾效果及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析,并給出了干擾應(yīng)用模型。

1　波形捷變SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾機(jī)理

1.1波形捷變SAR信號模型及抗干擾性能分析

調(diào)頻斜率捷變是波形捷變SAR的典型代表,因此以文獻(xiàn)[15]的調(diào)頻斜率捷變SAR為研究對象,分析多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾對波形捷變SAR的干擾成像輸出,調(diào)頻斜率捷變SAR的信號波形為

(1)

式中，rect(·)為矩形窗函數(shù);tr為距離向快時(shí)間;ta=mT(m=0,1,…,M)為方位向慢時(shí)間,T為脈沖重復(fù)周期,全時(shí)間t=tr+ta；f0為信號載頻；(ur+γm)為第m個(gè)脈沖的調(diào)頻斜率,ur為調(diào)頻斜率的平均值,γm為第m個(gè)脈沖的調(diào)頻斜率捷變值,γm呈偽隨機(jī)數(shù)分布；Tp(m)為第m個(gè)脈沖的脈沖寬度,在信號帶寬Br保持一定時(shí),Tp(m)隨調(diào)頻斜率變化而變化,其平均值記為Tp。

波形捷變SAR抗干擾性能的核心在于[15,17]:分別采用SAR當(dāng)前和上一次脈沖的匹配濾波參數(shù)對接收信號(包含回波信號和干擾信號)進(jìn)行濾波處理,并利用兩種情況下的匹配濾波結(jié)果構(gòu)造“懲罰函數(shù)”,從而利用“懲罰函數(shù)”濾除干擾信號并獲得真實(shí)回波信號的濾波結(jié)果,文獻(xiàn)[15]研究結(jié)果表明,采用波形捷變SAR技術(shù)可獲得20 dB以上的抗干擾處理增益。由于本文采用間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾技術(shù),干擾信號經(jīng)過“懲罰函數(shù)”后未能進(jìn)行濾除,因而可直接采用經(jīng)典距離多普勒(range-Doppler,RD)成像算法對干擾信號進(jìn)行匹配濾波分析[17-18]。

1.2SAR多普勒移頻干擾

傳統(tǒng)的SAR信號依據(jù)線性調(diào)頻信號時(shí)延和頻移的耦合特性,可對SAR實(shí)現(xiàn)距離向移頻干擾,當(dāng)SAR信號調(diào)頻斜率捷變時(shí),干擾所形成的假目標(biāo)位置在距離向進(jìn)行跳變,無法進(jìn)行方位向的脈沖積累,因而距離向移頻干擾無法對波形捷變SAR形成有效干擾。但在Fresnel近似條件下,調(diào)頻斜率捷變SAR的點(diǎn)目標(biāo)回波信號在方位向可視為線性調(diào)頻信號,依據(jù)方位向線性調(diào)頻信號時(shí)延和多普勒的耦合特性[13,17],提出針對波形捷變SAR的方位向多普勒移頻干擾,其干擾信號表達(dá)式為

(2)

(3)

(4)

由于調(diào)頻斜率捷變SAR信號帶寬Br=(ur+γm)Tp(m),對Tp(m)近似取平均值Tp,則式(4)進(jìn)一步簡化為

(5)

(6)

(7)

式中，TL為合成孔徑時(shí)間;ua=-2v2/λR0為方位向多普勒調(diào)頻斜率;Ba=uaTL為多普勒帶寬;(x0,y0)為真實(shí)目標(biāo)坐標(biāo);v為SAR平臺飛行速度。由式(6)可知,在無干擾時(shí)真實(shí)目標(biāo)信號回波方位向峰值時(shí)刻為x0/v,多普勒移頻干擾信號回波方位向峰值時(shí)刻為x0/v-Δfa/ua,干擾信號方位向峰值時(shí)刻相對于真實(shí)信號發(fā)生Δfa/ua偏移,且干擾信號輸出主瓣展寬為原來的TL/(TL-Δfa/ua)倍,當(dāng)Δfa>0為方位向超前偏移,Δfa<0為滯后偏移,假目標(biāo)相應(yīng)的方位向偏移量為

(8)

通常情況下波長λ、目標(biāo)到SAR最短斜距R0為可偵測的固定值,若SAR平臺保持平穩(wěn)飛行即v為定值,則由式(8)可知,方位向偏移量ΔRa與多普勒移頻量Δfa成正比,從而通過控制Δfa就可精確控制假目標(biāo)在方位向偏移位置?？梢?多普勒移頻干擾對波形捷變SAR具有適應(yīng)性,能夠在方位向形成單個(gè)假目標(biāo)欺騙干擾。

1.3SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾

單個(gè)假目標(biāo)欺騙干擾效果比較簡單,且容易被SAR通過信號處理等手段予以剔除,針對多普勒移頻干擾只能在SAR方位向形成單個(gè)假目標(biāo)的缺點(diǎn),對多普勒移頻干擾在方位向進(jìn)行擴(kuò)展,提出SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾方法。設(shè)方位向間歇采樣信號p(ta)為矩形包絡(luò)脈沖串，如圖1所示,其表達(dá)式為

圖1　方位向間歇采樣脈沖串Fig.1　Azimuth intermittent sampling pulse series

(9)

式中，δ(·)為沖擊函數(shù);Tw為采樣脈沖寬度;Ts為采樣周期;通常情況下Tw≤T,Ts為信號脈沖重復(fù)周期Tr的整數(shù)倍。

對式(9)作傅里葉變換,可得p(t)的頻譜為

(10)

式中，an=Twfssinc(nTwfs)為幅度加權(quán)系數(shù),若令占空比D=Tw/Ts=Twfs,則an=Dsinc(nD)。

對式(2)進(jìn)行方位向間歇采樣,則SAR接收到的多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號為

(11)

對干擾信號進(jìn)行混頻和距離向匹配濾波處理可得

(12)

對式(12)進(jìn)行方位向匹配濾波可得干擾信號的最終成像結(jié)果為

(13)

(14)

2　干擾效果及影響因素分析

2.1假目標(biāo)成像特性分析

由于干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)τs的影響,干擾信號所形成的假目標(biāo)在距離向滯后真實(shí)目標(biāo)τsc/2,這里主要對SAR方位向的假目標(biāo)成像特性進(jìn)行分析。由式(8)、式(14)可知,干擾信號經(jīng)過調(diào)頻斜率捷變SAR系統(tǒng)后,在方位向形成多個(gè)幅度不同的逼真假目標(biāo),第n階假目標(biāo)方位向時(shí)間延遲和相應(yīng)的位置偏移量為

(15)

由式(15)可知,當(dāng)SAR平臺保持平穩(wěn)飛行即v為定值,假目標(biāo)方位向位置偏移量與多普勒移頻量Δfa、假目標(biāo)階數(shù)n以及間歇采樣頻率fs成正比。當(dāng)n=0時(shí)表示假目標(biāo)為第0階主假目標(biāo),當(dāng)n≠0,n=±1,±2…表示假目標(biāo)為第n階次假目標(biāo);當(dāng)(Δfa+nfs)>0時(shí)ΔR>0,假目標(biāo)為方位向超前偏移,當(dāng)(Δfa+nfs)<0時(shí)ΔR<0,假目標(biāo)為方位向滯后偏移,因此通過改變Δfa和fs,即可產(chǎn)生方位向位置精確可控的多個(gè)假目標(biāo)。

相鄰假目標(biāo)間距為

(16)

(17)

當(dāng)an=0或|nfs+Δfa|≥Ba時(shí)無干擾輸出,從而可確定干擾信號形成的方位向假目標(biāo)個(gè)數(shù)最大值為

(18)

式中，F(xiàn)loor[·]表示“向下取整”。式(17)為理想情況下所形成的方位向假目標(biāo)個(gè)數(shù)最大值,在實(shí)際的SAR成像系統(tǒng)中,由于成像區(qū)域的限制假目標(biāo)個(gè)數(shù)通常小于Nmax,假設(shè)方位向成像區(qū)域?qū)挾葹閃a,則SAR系統(tǒng)方位向成像區(qū)域范圍內(nèi)所形成的假目標(biāo)個(gè)數(shù)最大值為

(19)

需要指出的是,接收機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號經(jīng)過多普勒移頻和方位向間歇采樣后,干擾信號在方位向所形成的各階假目標(biāo)相對于真實(shí)目標(biāo)的幅度都有一定程度的衰減,因此若使假目標(biāo)幅度與真實(shí)目標(biāo)幅度相當(dāng)甚至強(qiáng)于真實(shí)目標(biāo),則必須對其幅度進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。

2.2干擾參數(shù)的影響分析

多普勒移頻量對干擾效果的影響比較簡單,在假目標(biāo)成像特性基礎(chǔ)上,這里著重分析方位向間歇采樣的采樣周期和占空比對干擾效果的影響。

(1) 間歇采樣周期對干擾效果的影響

由式(15)、式(16)、式(18)可知,間歇采樣周期直接決定了假目標(biāo)在方位向的間距,并與多普勒移頻量共同控制著假目標(biāo)在方位向的位置和數(shù)量,假目標(biāo)間距、位置偏移量與間歇采樣周期成反比,假目標(biāo)數(shù)量與間歇采樣周期成正比,間歇采樣周期是SAR多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的重要指標(biāo)。

(2) 占空比對干擾效果的影響

由式(19)可知,占空比直接決定干擾信號輸出的幅度加權(quán)系數(shù),從而影響干擾信號所產(chǎn)生的各階假目標(biāo)的幅度。占空比越大,方位向主假目標(biāo)幅度越高,主假目標(biāo)與各階次假目標(biāo)的幅度差異越大;占空比減小,主假目標(biāo)和各階次假目標(biāo)的幅度都降低,但各階次假目標(biāo)幅度相對主假目標(biāo)下降的更慢,因而可形成一個(gè)幅度相差不大的假目標(biāo)群。可通過控制占空比,調(diào)節(jié)干擾能量在主假目標(biāo)與各階次假目標(biāo)之間的分布,但占空比的降低會導(dǎo)致干擾平均功率的下降,在實(shí)際應(yīng)用中需要對占空比進(jìn)行適當(dāng)選取。

2.3偵察誤差的影響分析

上述分析討論都是以SAR相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確偵察為前提的,在實(shí)際的干擾對抗中SAR參數(shù)的偵察誤差是不可避免的,從而嚴(yán)重影響預(yù)期的干擾效果。假目標(biāo)位置是干擾實(shí)施中最為關(guān)切的參數(shù),這里主要分析偵察誤差對假目標(biāo)位置的影響,依據(jù)式(15),假設(shè)SAR信號載頻、干擾機(jī)到SAR的斜距以及SAR平臺速度的相對偵察誤差分別為ξf、ξR、ξv,則第n階假目標(biāo)方位向?qū)嶋H位置偏移量為

(20)

從而可得第n階假目標(biāo)方位向位置誤差為

(21)

具體分析偵察誤差對干擾效果的影響,基于現(xiàn)有偵察系統(tǒng)性能,假設(shè)相對偵察誤差ξf=ξR=ξv=0.1時(shí),可得δR=-0.09ΔR,通常在ΔR較小情況下可忽略偵察誤差對干擾效果的影響。通過對方位向位置誤差的估算,可以更加有效地對干擾效果進(jìn)行評估并指導(dǎo)干擾的實(shí)施。

3　干擾應(yīng)用模型

在實(shí)際應(yīng)用中干擾機(jī)存在轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí),導(dǎo)致干擾所形成的假目標(biāo)在距離向滯后真實(shí)目標(biāo),SAR系統(tǒng)通過脈沖前沿跟蹤等信號處理手段可以對真實(shí)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位、識別。為提高SAR對抗效果,采用干擾機(jī)前置的方法產(chǎn)生位置超前的假目標(biāo),假設(shè)無SAR平臺飛行軌跡的先驗(yàn)信息,則至少需要在被保護(hù)目標(biāo)4個(gè)方向上部署相應(yīng)的位置超前的干擾機(jī),才能對來至各個(gè)方向的SAR實(shí)施有效干擾,干擾機(jī)部署模型如圖2所示。

圖2　干擾機(jī)部署模型Fig.2　Jammer deployment model

通常情況下，敵方SAR平臺飛行軌跡的大致方向可通過偵察得到,且被保護(hù)目標(biāo)的位置相對固定,因此僅需要在SAR飛行方向部署1～2部干擾機(jī),當(dāng)條件允許時(shí)可在防護(hù)沿線部署多部干擾機(jī)實(shí)施組網(wǎng)干擾。假設(shè)SAR平臺沿方位向飛行,此時(shí)可用干擾機(jī)1對SAR實(shí)施干擾,干擾信號需要在被保護(hù)目標(biāo)處產(chǎn)生假目標(biāo)對其實(shí)施保護(hù),假目標(biāo)距離向位置通過干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲進(jìn)行控制,因而僅對方位向位置進(jìn)行控制就可產(chǎn)生相應(yīng)位置的假目標(biāo),由式(15)可知,方位向位置偏移量ΔR與所需假目標(biāo)階數(shù)關(guān)系為

(22)

在間歇采樣周期保持不變時(shí),可通過調(diào)整多普勒移頻量Δfa來控制假目標(biāo)階數(shù)n取得不同值。為了使虛假目標(biāo)具有更逼真的干擾效果,必須對第n階假目標(biāo)幅度進(jìn)行補(bǔ)償,從而使假目標(biāo)幅度達(dá)到甚至強(qiáng)于真實(shí)目標(biāo),由式(17)可得第n階假目標(biāo)的幅度補(bǔ)償系數(shù)為

(23)

由式(22)和式(23)可知,采用不同Δfa和n將取得不同的補(bǔ)償系數(shù)ρ,為了對干擾功率進(jìn)行精確控制,應(yīng)使得補(bǔ)償系數(shù)取得最小值ρmin,從而最大限度降低對干擾功率的需求。n通常選取方位向距離被保護(hù)目標(biāo)最近的假目標(biāo),Δfa越小,n越小,Δfa假目標(biāo)能量衰減越小,所需的能量補(bǔ)償越小,干擾越容易實(shí)現(xiàn)。

通過以上方法可形成方位向位置精確可控假目標(biāo)串,并可利用其中的第n階假目標(biāo)對重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行保護(hù)。若要對重要區(qū)域產(chǎn)生復(fù)雜的二維假目標(biāo)干擾效果,則需要同時(shí)產(chǎn)生距離向位置超前和滯后的多組假目標(biāo),其中滯后的假目標(biāo)可通過轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)進(jìn)行控制,而超前的假目標(biāo)要求干擾機(jī)位置超前被保護(hù)目標(biāo),且干擾機(jī)位置超前帶來的干擾時(shí)間提前量能夠抵消干擾器件的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí),從而實(shí)現(xiàn)假目標(biāo)距離向位置的超前;多組假目標(biāo)可通過單部干擾機(jī)在采樣間歇期對所存儲干擾信號的多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn),但是所形成的多組假目標(biāo)是關(guān)于方位向規(guī)律分布的,容易被SAR系統(tǒng)予以識別、剔除,因此為了破壞多組假目標(biāo)分布的規(guī)律性,可采用多部干擾機(jī)組網(wǎng)工作,每部干擾機(jī)設(shè)置不同的多普勒移頻、間歇采樣信號和轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí),從而形成雜亂無章的多組假目標(biāo)干擾效果。

4　仿真實(shí)驗(yàn)分析

設(shè)SAR成像場景距離向范圍為[9 800 m,10 200 m],方位向范圍為[-150 m,150 m],場景中心坐標(biāo)為[1 000 m,0 m],調(diào)頻斜率捷變系數(shù)[γm/μr]的最大值為0.3,干擾機(jī)位于場景中心,干信比為10 dB,SAR系統(tǒng)其他參數(shù)如表1所示。依據(jù)式(2)、式(11)產(chǎn)生干擾信號,將干擾信號與目標(biāo)回波信號進(jìn)行累加,并利用RD算法進(jìn)行成像處理。

表1　仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)

干擾機(jī)位于參考目標(biāo)位置,暫不考慮干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)。圖3為多普勒移頻干擾仿真結(jié)果,其中圖3(a)為多普勒移頻量Δfa=-20 Hz的干擾效果,按照式(8)可得干擾所形成的假目標(biāo)在參考目標(biāo)的方位向向上偏移74.5 m,真實(shí)偏移量為74.3 m,理論值和真實(shí)值基本一致;圖3(b)為多普勒移頻量Δfa=20 Hz的干擾效果,此時(shí)假目標(biāo)相對參考目標(biāo)在方位向向下偏移74.5 m。可見,多普勒移頻干擾可在調(diào)頻斜率捷變SAR方位向形成單一的假目標(biāo),且假目標(biāo)偏移量與理論分析一致。

圖4為方位向間歇采樣干擾仿真結(jié)果,間歇采樣周期Ts=10T,占空比D=1/5。由圖4(a)的二維成像結(jié)果可以看出,方位向間歇采樣干擾能夠在調(diào)頻斜率捷變SAR方位向形成等間距對稱分布的假目標(biāo)串,主假目標(biāo)和參考目標(biāo)重合,依據(jù)式(16)、式(19)可得假目標(biāo)間距為43.4 m,方位向假目標(biāo)數(shù)量為7;由圖4(b)可以看出,干擾所形成的主假目標(biāo)幅度最大,各階次假目標(biāo)幅度隨著階數(shù)的上升幅度依次遞減,假目標(biāo)的間距、個(gè)數(shù)、分布特性等結(jié)果均與理論分析一致。

圖3　多普勒移頻干擾Fig.3　Doppler shift-frequency jamming

圖4　方位向間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾Fig.4　Azimuth intermittent sampling repeater jamming

圖5為多普勒移頻間歇采樣干擾仿真結(jié)果,此時(shí)Δfa=-20 Hz,Ts=10T,D=1/5,對比圖4可以看出假目標(biāo)串整體向上偏移了74.5 m,各階假目標(biāo)幅度都有所降低,且各階假目標(biāo)位置偏移量與式(15)理論值一致?？梢?通過改變Δfa和fs就可以產(chǎn)生方位向位置精確可控的多個(gè)假目標(biāo)對重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行保護(hù),從而驗(yàn)證了本文干擾方法的可行性和有效性。

圖5　多普勒移頻間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾Fig. 5　Doppler shift-frequency intermittent sampling repeater jamming

間歇采樣周期以及占空比對常規(guī)SAR和調(diào)頻斜率捷變SAR在方位向干擾效果的影響相同,文獻(xiàn)[13]已對間歇采樣周期以及占空比對干擾效果的影響進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析,這里不再贅述。下面主要對本文干擾應(yīng)用模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,假設(shè)干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)τs=5 μs,被保護(hù)目標(biāo)坐標(biāo)為(10 000,-60 m),幅度與參考目標(biāo)相同,干擾所形成的假目標(biāo)在距離向滯后真實(shí)目標(biāo)750 m,若要形成距離向位置相同的假目標(biāo),則干擾機(jī)的部署位置需超前被保護(hù)目標(biāo)750 m,間歇采樣信號參數(shù)保持不變,由式(22)和式(23)可知,當(dāng)幅度補(bǔ)償系數(shù)取得最小值ρmin時(shí),可得假目標(biāo)階數(shù)n=1,所需的多普勒移頻量為Δfa=-4.4 Hz,此時(shí)所需補(bǔ)償?shù)母蓴_能量為4.1 dB即JSR=14.1 dB,能量補(bǔ)償前、后干擾效果分別如圖6和圖7所示?？梢?能量補(bǔ)償后第1階假目標(biāo)坐標(biāo)、幅度均與被保護(hù)目標(biāo)一致,可形成逼真的欺騙干擾效果。

圖6　能量補(bǔ)償前干擾效果Fig.6　Jamming effect before energy compensation

圖7　能量補(bǔ)償后干擾效果Fig.7　Jamming effect after energy compensation

進(jìn)一步驗(yàn)證偵察誤差對實(shí)際干擾應(yīng)用模型的影響,在圖7仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,假設(shè)相對偵察誤差ξf=ξR=ξv=0.1,其余仿真條件不變,圖8為偵察誤差情況下能量補(bǔ)償后的干擾效果。由圖8可知,當(dāng)存在偵察誤差時(shí),能量補(bǔ)償后所產(chǎn)生的第1階假目標(biāo)方位向坐標(biāo)相對圖7產(chǎn)生約1.5 m的誤差,且假目標(biāo)幅度略有損失,但仍與被保護(hù)目標(biāo)基本一致,仍能夠達(dá)到逼真的干擾效果?？梢?本文方法對偵察系統(tǒng)的精度要求較低,對偵察誤差具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

圖8　偵察誤差情況下能量補(bǔ)償后干擾效果Fig.8　Jamming effect with reconnaissance errors after energy compensation

上文主要對精確產(chǎn)生單個(gè)逼真假目標(biāo)進(jìn)行了分析,實(shí)際應(yīng)用中通常需要同時(shí)產(chǎn)生距離向位置超前和滯后的多組假目標(biāo)對較大的區(qū)域目標(biāo)進(jìn)行防護(hù),此時(shí)可通過單部干擾機(jī)在采樣間歇期對所存儲干擾信號進(jìn)行多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)來實(shí)現(xiàn),也可通過多部干擾機(jī)組網(wǎng)工作達(dá)到更加復(fù)雜的欺騙干擾效果,仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9(a)為單部干擾機(jī)在采樣間歇期對干擾信號多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)的干擾效果,此時(shí)間歇采樣周期Ts=20T,占空比D=1/5,多普勒移頻量Δfa=-10 Hz,干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)τs=5 μs,為了產(chǎn)生超前場景中心100 m的假目標(biāo),干擾機(jī)的部署位置需超前場景中心至少850 m。為產(chǎn)生多組假目標(biāo)干擾效果,在采樣間歇期對干擾信號進(jìn)行次轉(zhuǎn)發(fā),每次轉(zhuǎn)發(fā)的間隔時(shí)間為0.17 μs,對應(yīng)的距離向間距為25 m,從而產(chǎn)生了5組等間距對稱分布的假目標(biāo)串,可形成較大區(qū)域的欺騙干擾效果。圖9(a)中的假目標(biāo)分布比較規(guī)則,因而容易被SAR系統(tǒng)識別、剔除,為取得更好的干擾效果,采用5部干擾機(jī)組網(wǎng)工作,每部干擾機(jī)設(shè)置不同的多普勒移頻、間歇采樣信號和轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí),此時(shí)將產(chǎn)生雜亂無章的多組假目標(biāo),干擾效果如圖9(b)所示,當(dāng)假目標(biāo)足夠密集時(shí)可產(chǎn)生壓制干擾效果。通過以上仿真分析可知,本文方法不僅能夠?qū)φ{(diào)頻斜率捷變SAR產(chǎn)生逼真的點(diǎn)假目標(biāo)欺騙干擾,對重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行防護(hù),還可以產(chǎn)生多組假目標(biāo)對重要區(qū)域進(jìn)行保護(hù),是對抗調(diào)頻斜率捷變SAR系統(tǒng)的有效干擾樣式。

圖9　多組假目標(biāo)干擾效果Fig.9　Jamming effect of multiple sets of false targets

5　結(jié)　論

對采用波形捷變抗干擾手段的SAR干擾技術(shù)研究是電子對抗領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本文針對波形捷變SAR信號方位向特點(diǎn),將SAR方位向多普勒移頻干擾和方位向間歇采樣干擾相結(jié)合,提出波形捷變SAR多普勒移頻間歇采樣干擾轉(zhuǎn)發(fā)干擾,并建立了干擾應(yīng)用模型,理論推導(dǎo)和仿真分析表明,該方法既可精確形成點(diǎn)假目標(biāo)對重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行防護(hù),也可利用單部干擾機(jī)在采樣間歇期的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)或多部干擾機(jī)組網(wǎng)工作,產(chǎn)生多組假目標(biāo)對重要區(qū)域進(jìn)行保護(hù),具有偵察依賴度低、干擾功率利用率高的優(yōu)點(diǎn),為解決波形捷變SAR對抗難題提供了有效途徑。

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Doppler shift-frequency intermittent sampling repeater jamming for SAR

FANG Ming-xing, BI Da-ping, SHEN Ai-guo

(Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China)

A new jamming method for waveform agile synthetic aperture radar(SAR) is proposed—Doppler shift-frequency intermittent sampling repeater jamming. Firstly, by utilizing the coupling relationship between the azimuth time delay and Doppler shift-frequency of frequency modulation slope jittered SAR, the Doppler shift-frequency jamming method is proposed. Then, in order to produce multiple false targets with the accurate azimuth location, combined with the azimuth intermittent sampling repeater jamming, the mechanism of Doppler shift-frequency intermittent sampling repeater jamming is researched, and the jamming effect and influencing factors are analyzed in detail. Finally, in order to produce fronted and lagged false targets at the same time, the jamming application model is established, and the energy compensation coefficient of each false target and the method of producing multiple sets of false targets are brought forward. The jamming application model can meet the needs of protecting key targets and important areas. Theoretical analysis and computer simulation justify the validity and efficiency.

synthetic aperture radar(SAR); waveform agile; frequency modulation slope jittered; Doppler shift-frequency; intermittent sampling

2015-09-10；

2016-05-29；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2016-07-14。

國家自然科學(xué)基金(61171170)資助課題

TN 974

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2016.10.10

房明星(1988-),男,博士研究生,主要研究方向?yàn)镾AR信號處理及對抗技術(shù)。

E-mail:mingxingfang89@163.com

畢大平(1965-),男,教授,博士研究生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)殡娮訉箓刹旌透蓴_新技術(shù)。

E-mail:DAPEEI@163.com

沈愛國(1975-),男,講師,博士,主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號處理、雷達(dá)干擾與抗干擾技術(shù)。

E-mail:shenaiguo_405@sina.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160714.1231.004.html