侯文棟，冀貞海，呂超峰，冷 魁

(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

對(duì)SAR雷達(dá)的成像欺騙干擾技術(shù)研究

侯文棟，冀貞海，呂超峰，冷 魁

(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨率成像雷達(dá)，具有良好的對(duì)地偵察探測(cè)能力。在電子戰(zhàn)應(yīng)用中，對(duì)SAR的干擾特別是成像欺騙干擾研究具有迫切的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求。首先建立了針對(duì)SAR雷達(dá)的成像欺騙干擾模型，根據(jù)干擾模型給出了具體的欺騙干擾流程。然后采用成像算法進(jìn)行了仿真閉環(huán)驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明了算法模型的有效性。最后，簡(jiǎn)單分析了該成像欺騙方法在實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)時(shí)要注意的問(wèn)題。

合成孔徑雷達(dá)；成像欺騙干擾；仿真

0 引言

合成孔徑雷達(dá)(SAR) 是隨著全息技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種高分辨率成像雷達(dá)。它具有良好的全天候性和透視性，已廣泛用于軍事、民用等領(lǐng)域。SAR雷達(dá)的成像處理，可用一個(gè)二維脈沖壓縮處理表示，二維處理增益達(dá)數(shù)十分貝，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。因此，對(duì)SAR雷達(dá)進(jìn)行有效的電子干擾，特別是成像欺騙干擾是當(dāng)前研究的重點(diǎn)課題之一。

對(duì)SAR雷達(dá)實(shí)行成像欺騙干擾的目的是要在SAR雷達(dá)的圖像中形成虛假目標(biāo)，由于每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著一定的反射強(qiáng)度、延時(shí)和多普勒頻率，則SAR干擾機(jī)必須針對(duì)每一個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反射強(qiáng)度、延時(shí)和多普勒頻率，否則不能形成欺騙目標(biāo)，達(dá)不到欺騙的目的。干擾機(jī)實(shí)現(xiàn)欺騙干擾是將接收到的SAR信號(hào)， 加上不同的幅度、延時(shí)和多普勒頻率，然后再發(fā)射；或偵察SAR的參數(shù)，再產(chǎn)生與SAR回波信號(hào)相同的有一定的反射強(qiáng)度、延時(shí)和多普勒頻率的欺騙干擾信號(hào)，用于干擾機(jī)發(fā)射。

1 工作原理

(1)

如圖1所示，真實(shí)散射點(diǎn)的瞬時(shí)斜距可以表示為：

(2)

(3)

(4)

雷達(dá)接收到的干擾機(jī)處的真實(shí)散射點(diǎn)回波基帶信號(hào)為：

(5)

同理，雷達(dá)接收到虛假散射點(diǎn)處的基頻回波信號(hào)分別為：

(6)

(7)

干擾機(jī)通過(guò)電子偵察的方法截獲雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)，利用預(yù)先生成的欺騙干擾模板對(duì)截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行干擾調(diào)制，生成干擾信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)出去，使之與真實(shí)目標(biāo)的回波信號(hào)相互疊加，被雷達(dá)接收機(jī)接收，從而實(shí)現(xiàn)欺騙干擾。

真實(shí)散射點(diǎn)與虛假散射點(diǎn)的瞬時(shí)斜距差為：

y+(x2+y2)/(2Rs)-xvtm/Rs

(8)

(9)

(10)

令：

(11)

所以欺騙式干擾方程為：

(12)

同理，將式(9)變換到距離頻域：

(13)

令：

(14)

欺騙式干擾的過(guò)程也可以表示為：

(15)

2 成像欺騙干擾工作流程

實(shí)際工作中，SAR雷達(dá)發(fā)射寬帶線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)地面區(qū)域成像。干擾機(jī)布置在特定的地點(diǎn)，根據(jù)情況實(shí)施對(duì)固定區(qū)域的保護(hù)。干擾機(jī)接收到雷達(dá)發(fā)射的直達(dá)波信號(hào)后，采用數(shù)字DRFM的方法將直達(dá)波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)根據(jù)事先規(guī)定好的欺騙圖像的模板計(jì)算調(diào)制系數(shù)，將存儲(chǔ)的直達(dá)波數(shù)據(jù)和調(diào)制系數(shù)進(jìn)行卷積處理，生成當(dāng)前脈沖的欺騙調(diào)制信號(hào)，然后在下一個(gè)SAR雷達(dá)直達(dá)波到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)出去。如此以來(lái)，SAR雷達(dá)接收到的數(shù)據(jù)中同時(shí)包含了真實(shí)地面目標(biāo)的回波和干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的欺騙信號(hào)。由于欺騙信號(hào)是對(duì)雷達(dá)信號(hào)的延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，因此和地面目標(biāo)的真實(shí)回波是相參的，SAR雷達(dá)成像時(shí)無(wú)法分辨，這會(huì)使得SAR雷達(dá)的成像疊加上欺騙圖像模板，從而取得有效的欺騙干擾效果。

整個(gè)干擾過(guò)程的流程圖如圖3所示。

3 成像欺騙干擾仿真分析

仿真條件：SAR雷達(dá)載頻fc=9GHz，脈沖寬度TP=10μs，線性調(diào)頻信號(hào)帶寬BW=500MHz，快時(shí)間采樣率Fs=700MHz，PRF=400Hz，天線孔徑D=0.65m，平臺(tái)飛行速度V=110m/s，正側(cè)視條帶式工作。平臺(tái)離地面高度10km，天線斜視角θ=30°。

從圖4可以看出，采用欺騙模板的成像欺騙干擾技術(shù)在功能原理上是可行的，由于仿真時(shí)采用的欺騙功率基本和回波相當(dāng)，因此并沒(méi)有完全壓制掉地面目標(biāo)固有的圖像，只是在固有圖像上凸顯了虛假場(chǎng)景的像。而圖5則顯示的是在一幅大的機(jī)場(chǎng)圖像上疊加一個(gè)小飛機(jī)的圖像，從結(jié)果來(lái)看，小飛機(jī)圖像成功地疊加到了機(jī)場(chǎng)圖片上，但仿真時(shí)由于實(shí)施的干擾功率較大，把機(jī)場(chǎng)的固有回波給壓制下去了，所以欺騙模板的圖像明顯亮于機(jī)場(chǎng)的圖像。從這兩種仿真方式可見(jiàn)，要想達(dá)到欺騙的效果，需對(duì)欺騙干擾的功率進(jìn)行控制，功率并非越大越好，一般要在比回波大10dB范圍以內(nèi)。

4 工程實(shí)現(xiàn)要注意的問(wèn)題

上節(jié)從理論層面仿真驗(yàn)證了成像欺騙干擾的可行性。在工程化實(shí)現(xiàn)時(shí)，有兩個(gè)重要的問(wèn)題需要考慮：

1)算法的處理延遲時(shí)間對(duì)成像欺騙效果的影響。

該算法首先是接收到雷達(dá)的直達(dá)波信號(hào)，然后采樣處理，在數(shù)字域進(jìn)行延遲和系數(shù)的調(diào)制，最后轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)字處理導(dǎo)致會(huì)有固定的處理延遲，延遲的大小跟系數(shù)調(diào)制的范圍有直接的關(guān)系，如果設(shè)計(jì)時(shí)處理延遲比較大，則可能會(huì)超過(guò)雷達(dá)信號(hào)的脈寬，導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)出去不能和雷達(dá)回波匹配，無(wú)法取得欺騙的效果。這種情況下，初步打算將當(dāng)前脈沖的欺騙調(diào)制信號(hào)延遲到下一個(gè)脈沖直達(dá)波到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，以完成欺騙。

2)如何驗(yàn)證成像欺騙干擾的有效性。

在實(shí)際工程化實(shí)現(xiàn)時(shí)，如何有效驗(yàn)證欺騙算法的有效性是一個(gè)重要的課題。嚴(yán)格地說(shuō)，需要一臺(tái)SAR雷達(dá)來(lái)產(chǎn)生源脈沖信號(hào)，然后將連續(xù)的脈沖串發(fā)送出來(lái)進(jìn)入欺騙干擾機(jī)的接收端，干擾機(jī)收到后對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)出去。為了閉環(huán)驗(yàn)證最終效果，需要一臺(tái)高精度信號(hào)采集器，將轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)和雷達(dá)回波一起接收下來(lái)，采用成像算法驗(yàn)證最終的效果。但實(shí)際上，這些條件很難同時(shí)滿足，因此如何進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的閉環(huán)驗(yàn)證，還需要深入研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了針對(duì)SAR雷達(dá)進(jìn)行成像欺騙的基本原理，基于成像的幾何模型建立了欺騙信號(hào)調(diào)制的回波模擬方法。在此基礎(chǔ)上，給出了成像欺騙的具體工作流程，并采用經(jīng)典RD成像算法閉環(huán)仿真驗(yàn)證了算法的有效性。從仿真結(jié)果來(lái)看，該方法成功實(shí)現(xiàn)了成像欺騙干擾的功能。最后，針對(duì)工程化實(shí)現(xiàn)，提出了該算法走向應(yīng)用過(guò)程中必須要重點(diǎn)解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，這也是下一步深入研究的方向?！?/p>

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

[2] Soumekh M．Synthetic aperture radar signal processing with Matlab algomhms[M]．Joh Wiley&Sons Press．，1999.

[3] 高鑫．地面目標(biāo)的合成孔徑雷達(dá)回波模擬方法研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2011.

[4] 王小寧．微波成像的算法研究[D]．西安：西北工業(yè)大學(xué)，2001.

[5] Sullivan RJ.Microwave radar imaging and advanced concepts[M]．Artech House Boston，2000.

The imaging deception jamming technology to SAR

Hou Wendong，Ji Zhenhai，Lü Chaofeng，Leng Kui

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007,Jiangsu,China)

Synthetic aperture radar (SAR) is a kind of high resolution imaging radar which has excellent detection and reconnaissance of targets on earth. The research on SAR jamming especially imaging deception jamming methods are urgent needed in electronic war. Based on SAR jamming geometry model and radar waveform, the signal model of SAR deception is presented firstly. The work program of SAR deception jamming is proposed also. The simulation result shows that the method is validated through SAR imaging algorithm. Lastly, several problems are simply analyzed when this method is implemented in practical engineering.

synthetic aperture radar;imaging deception jamming;simulation

2016-10-18；2017-01-03修回。

侯文棟(1982-)，男，高工，碩士，主要從事電子對(duì)抗研究。

TN972+.3;TN974

A