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(1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101；2.江蘇曙光光電有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引 言

合成孔徑雷達(dá)(SAR)[1-4]利用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)信息，通過信號(hào)處理手段可以將小孔徑天線合成為大的虛擬孔徑，以提高空間分辨力，另外通過采用脈沖壓縮技術(shù)來獲得高距離分辨率，具有全天候、全天時(shí)工作和實(shí)時(shí)處理信號(hào)的能力。因此，SAR在情報(bào)搜集、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視等多方面有著廣泛的應(yīng)用[5-7]。在未來信息化的高技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)，重要軍事目標(biāo)和重要軍事活動(dòng)的防護(hù)顯得尤為必要，因此對(duì)敵SAR進(jìn)行干擾，破壞和擾亂其利用SAR對(duì)我方情報(bào)偵察具有非常重要的意義[8-13]。

由于SAR具有二維相干處理能力，傳統(tǒng)的干擾樣式很難奏效，而彈射式干擾[14-16]作為SAR的一種行之有效的方法，可以有效干擾SAR的成像判別。彈射式干擾接收SAR發(fā)射的信號(hào)，并將其投射到SAR輻射的區(qū)域，經(jīng)地面反射后形成干擾回波，干擾回波疊加原始回波信號(hào)后被SAR接收機(jī)接收。彈射式干擾信號(hào)能夠在距離和方位上被壓縮成像，形成虛假欺騙目標(biāo)。但這種干擾形成的虛假圖像很難覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域。為此，本文研究通過延時(shí)疊加的彈射式干擾方法。延時(shí)疊加保留了原來信號(hào)的相干性，但又在距離和方位維破壞了整個(gè)信號(hào)的相干性，因此，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)在方位和距離的部分壓縮成像，覆蓋整個(gè)成像區(qū)域。

1 彈射式干擾基本原理

彈射式干擾的原理[17-18]為：干擾機(jī)接收SAR信號(hào)，將信號(hào)放大并轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)區(qū)域。干擾信號(hào)通過目標(biāo)的散射一部分被SAR接收。這樣SAR接收到的信號(hào)不僅包含了目標(biāo)對(duì)SAR發(fā)射波的后向散射波，而且包含了目標(biāo)對(duì)干擾機(jī)產(chǎn)生干擾信號(hào)的散射波。干擾信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)一樣，是線性調(diào)頻信號(hào)，并且也有多普勒頻率。干擾信號(hào)將對(duì) SAR的成像結(jié)果產(chǎn)生影響。圖1給出了在點(diǎn)目標(biāo)的情況下，雷達(dá)、干擾機(jī)和目標(biāo)的空間分布圖。

圖1 彈射式干擾空間區(qū)域模型圖

假設(shè)t=0時(shí)刻，SAR位于A點(diǎn)，則t時(shí)刻，雷達(dá)與干擾機(jī)的距離為：

(1)

干擾機(jī)與散射點(diǎn)的距離為：

(2)

散射點(diǎn)與雷達(dá)的距離可以表示為：

(3)

假設(shè)t時(shí)刻，SAR發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)是：

p(τ)=g(τ)exp(j2πf0τ)exp(jπkτ2)

(4)

若干擾機(jī)將接收到的雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)投到C點(diǎn)，信號(hào)經(jīng)C點(diǎn)散射后被雷達(dá)接收。則t時(shí)刻，彈射式干擾后雷達(dá)接收到的來自C點(diǎn)的回波信號(hào)，經(jīng)正交解調(diào)后可以表示為：

(5)

式中：τd為干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的延遲時(shí)間;RD(t)為從雷達(dá)到干擾機(jī)、再到目標(biāo)點(diǎn)、最后回到雷達(dá)天線的總距離，即：

RD(t)=RAB(t)+RBC+RAC(t)

(6)

RT(t)是雷達(dá)到目標(biāo)距離的2倍，也就是目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過的路程，即：

RT(t)=2RAC(t)

(7)

σt和σd分別代表回波中目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)的強(qiáng)度?？梢姡走_(dá)回波是同一信號(hào)的不同延時(shí)的和。

在 SAR 信號(hào)處理中，信號(hào)延時(shí)反映了地面散射點(diǎn)的位置信息，彈射式干擾信號(hào)由于在信號(hào)的傳播路徑發(fā)生了改變，因此干擾信號(hào)經(jīng)成像處理后產(chǎn)生的干擾點(diǎn)在 SAR 圖像中出現(xiàn)的位置相對(duì)于投射區(qū)域中對(duì)應(yīng)的散射目標(biāo)點(diǎn)出現(xiàn)的位置會(huì)有偏差。這個(gè)位置偏差同干擾機(jī)和散射目標(biāo)的相對(duì)位置和干擾機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)延遲有關(guān)。因此，傳統(tǒng)的彈射式干擾很難覆蓋整個(gè)成像區(qū)域。

2 延時(shí)疊加干擾原理

由于傳統(tǒng)的彈射式干擾的局限性，無法對(duì)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域形成有效的掩護(hù)。本文提出的延時(shí)疊加干擾[19]能夠在距離維形成大范圍密集假目標(biāo)，同時(shí)在一定程度破壞方位維的壓縮成像，因此能夠?qū)δ繕?biāo)形成有效的掩護(hù)式干擾效果。圖2為延時(shí)疊加干擾的干擾時(shí)序。

圖2 延時(shí)疊加信號(hào)時(shí)序

由圖2可以看出，延時(shí)疊加回波信號(hào)可以表示為：

(8)

式中：T為每次延時(shí)時(shí)間；N為疊加的次數(shù)。

圖3為延時(shí)疊加干擾信號(hào)經(jīng)過匹配濾波后的信號(hào)，由圖3可以看出，經(jīng)過匹配濾波后形成密集的假目標(biāo)可以覆蓋很大的區(qū)域。

圖3 延時(shí)疊加干擾的脈沖壓縮結(jié)果

3 仿真分析

根據(jù)前兩節(jié)的模型，對(duì)SAR的干擾效果進(jìn)行仿真，選用對(duì)面目標(biāo)做干擾仿真。仿真參數(shù)設(shè)置：信號(hào)載頻10 GHz，脈沖重復(fù)頻率500 Hz，脈寬3 μs，帶寬50 MHz，采樣頻率為帶寬的2倍，波束中心下視角為70°，斜視角為0°，天線真實(shí)孔徑為10 m，SAR雷達(dá)高度為20 km，速度為1 000 m/s，采用勻速飛行。采用RD成像算法得出的成像結(jié)果如圖4所示。

圖4 無干擾下的成像結(jié)果

由圖4可看出，通過SAR處理后，可以對(duì)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域呈高清的SAR圖像。

當(dāng)干擾機(jī)處于 [-200，50 000，10] m的位置時(shí)，采用傳統(tǒng)彈射干擾時(shí)，干信比為0 dB和3 dB下的成像結(jié)果分別如圖5(a)和(b)所示。從仿真中可以看出，干擾后的圖像是由原始圖像和干擾圖像疊加而成，干擾圖像是原始圖像扭曲變形的結(jié)果，即使增大干擾功率，但它覆蓋的區(qū)域不到原圖像的一半。

圖5 傳統(tǒng)彈射干擾下的成像結(jié)果

當(dāng)干擾機(jī)位置不變，采用延時(shí)疊加彈射干擾時(shí)，干信比為0 dB和3 dB下的成像結(jié)果分別如圖6(a)和(b)所示。從仿真中可以看出，采用延時(shí)疊加彈射干擾后，干擾圖像基本可以覆蓋整個(gè)原始圖像，從而對(duì)整個(gè)場(chǎng)景起到保護(hù)作用。

圖6 延時(shí)疊加彈射干擾下的成像結(jié)果

4 結(jié)束語

本文針對(duì)傳統(tǒng)彈射干擾覆蓋區(qū)域有限，提出了基于延時(shí)疊加彈射式干擾的SAR對(duì)抗方法，并從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)仿真進(jìn)行了研究，延時(shí)疊加彈射式干擾形成的干擾圖像可以有效地覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，從而對(duì)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域起到保護(hù)作用。因此延時(shí)疊加彈射式干擾具有明顯的優(yōu)越性。