洪 雨 王友林

(南京電子技術研究所 南京 210039)

0 引言

合成孔徑雷達(SAR-Synthetic Aperture Radar)采用脈沖壓縮和合成孔徑技術實現(xiàn)對目標的高分辨成像，由于其不受氣候等惡劣條件的限制，自上個世紀五十年代被提出以來，得到了長足發(fā)展。至今，它已成為各主要軍事國家的主要偵察手段之一。

SAR成像一般使用兩類信號，即線性調頻信號和離散頻率步進信號，這種SAR系統(tǒng)自身存在缺陷，即它易受到各種電磁波的干擾，尤其是在數(shù)字儲頻技術得到廣泛應用的情況下，這種形式的信號易被敵方截獲、分析、辨識、復制后對SAR的成像形成欺騙干擾；在軍事斗爭的條件下，SAR處于復雜的電磁環(huán)境中，必然要受到各種惡劣的電磁對抗和射頻干擾，這會使SAR的成像質量受到極大影響，從而達不到軍事偵察的目的。盡管人們想到了采取各種反對抗措施來提高SAR的自身生存能力，如跳頻、頻率捷變等改變系統(tǒng)參數(shù)方法，但這大大增加了系統(tǒng)設計的復雜性；因此，找到一種不易受到干擾的SAR成像技術是SAR發(fā)展的必然。

與傳統(tǒng)的雷達相比，隨機噪聲雷達由于其信號的隨機性，從而具有低截獲概率和強抗干擾性等特點。如果能將SAR和隨機噪聲結合起來，不但能夠提供更豐富的目標信息，而且能更好地滿足復雜的現(xiàn)代電磁環(huán)境對雷達系統(tǒng)的要求。

在國外這方面的研究受到了相當?shù)闹匾暡⑷〉昧丝捎^的進展。美國內布拉斯加林肯大學曾在1997年成功地研制了一個工作在1～2GHz頻段的寬帶隨機噪聲雷達[1]，成為寬帶技術和隨機噪聲雷達技術結合的典范。在國內這方面的研究起步較晚，結合理論與工程實際，研制我國自己的抗干擾隨機信號成像雷達是我們根據(jù)目前的實際情況和未來成像雷達的發(fā)展趨勢，滿足抗干擾等需要提出的一項新的開發(fā)項目。

1 可行性分析

研究表明，利用噪聲信號(如噪聲調頻、調相等)可以實現(xiàn)目標的距離測量，而目標相對雷達的速度變化提供了方位多普勒信息，因此利用噪聲信號用樣可以實現(xiàn)目標距離和方位的二維成像[2-3]。為了驗證隨機噪聲信號可用于成像雷達，將基于RD算法給出隨機噪聲成像雷達和線性調頻成像雷達的點目標仿真。仿真參數(shù)如表1所示，仿真結果如圖1～圖4所示，距離向和方位向處理都沒有加權。

表1 RD算法仿真參數(shù)

參數(shù)名稱參數(shù)值成像模式條帶中心頻率9.375 GHz帶寬60 MHz信號形式隨機噪聲信號/線性調頻信號方位分辨率3 m距離分辨率3 m雷達距測繪帶中心距離20 km目標數(shù)目1

圖1 隨機噪聲信號點目標仿真

圖2 隨機噪聲信號距離向剖面圖

圖3 線性調頻信號點目標仿真

圖4 線性調頻信號距離向剖面圖

仿真結果能夠得到：在傳統(tǒng)SAR模式下，隨機噪聲信號和線性調頻信號的點目標圖像性能相似，三維圖像很接近，而距離向剖面圖前者衰減較快。當然第一旁瓣沒有理論分析的低，主要是由于我們發(fā)射的噪聲序列較短，經過試驗表明隨著噪聲脈沖長度的增加，旁瓣會繼續(xù)降低。通過上述仿真試驗能夠清楚地看到，隨機噪聲信號作為發(fā)射信號是能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線性調頻等信號實現(xiàn)成像功能的。

2 信號產生

傳統(tǒng)的模擬產生方法(二極管和模擬電路)尤其在帶內平坦度和頻率凹口噪聲動態(tài)方面的表現(xiàn)不盡人意，已漸漸難以滿足現(xiàn)代雷達發(fā)展的需要，數(shù)字化的設計具有頻率高、控制精確的優(yōu)點，不僅可以提高噪聲信號源的帶內平坦度，同時也降低了系統(tǒng)本身的內噪聲干擾，最大的特點還在于可以靈活控制輸出信號的波形參數(shù)[4]。我們擬用數(shù)字電路產生隨機數(shù)，然后進行數(shù)模轉換，再進行頻率搬移，即直接發(fā)射高頻隨機信號。嚴格來說用數(shù)字的方法產生的是偽隨機信號，但是當信號周期超過脈沖重復周期時，可以作為隨機信號。

采用基于元胞自動機(Cellular Automata，CA)可以產生均勻分布的隨機數(shù)[5]。元胞自動機是定義在一個由具有離散、有限狀態(tài)的元胞組成的元胞空間上，并按照一定局部規(guī)則，在離散的時間維上演化的動力學系統(tǒng)。

利用元胞自動機作為隨機數(shù)產生，在實現(xiàn)上有著很大的優(yōu)點，與利用線性同余方法產生均勻分布隨機數(shù)相比，CA只需要簡單的邏輯運算來完成，用硬件實現(xiàn)可以非常簡單、高效。在我們的實現(xiàn)中，采用FPGA 產生CA隨機數(shù)。

將每個周期產生的數(shù)據(jù)進行自相關分析和頻譜分析，圖5、圖6分別給出了2000個CA隨機數(shù)的時域波形、自相關圖。由結果可以看出，CA產生的隨機數(shù)有很好的自相關性，也有近似白噪聲的特性。

圖5 CA隨機數(shù)的時域波形

圖6 CA隨機數(shù)的自相關圖形

3 結束語

在傳統(tǒng)的SAR雷達系統(tǒng)中，發(fā)射確定的線性調頻信號，是在處理器構造參考信號。而噪聲雷達發(fā)射信號是不確定的，要隨時記錄發(fā)射的視頻信號用于相參處理。因而，噪聲雷達在實現(xiàn)上需要更多的資源。

十四所聯(lián)合南京理工大學研制了噪聲SAR雷達樣機，并在閻良試飛院進行了試飛，圖7為一幅噪聲SAR圖像。

從圖像能夠看出，噪聲SAR能實現(xiàn)目標的二維成像并能比較清楚地顯示目標細節(jié)特征，其清晰度能和線性調頻信號雷達相當。

圖7 渭河大橋