劉佳偉，達(dá)通航，王 松，李敏劍，張二濤

(解放軍63618部隊(duì)，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

0 引 言

合成孔徑雷達(dá)(SAR)的全天時(shí)、全天候觀察能力使其具有了重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。近年來SAR的傳感器和信號(hào)處理器兩部分性能都得以穩(wěn)步提高，其在戰(zhàn)場(chǎng)中的效能也得到進(jìn)一步釋放。在情報(bào)獲取等方面，合成孔徑雷達(dá)表現(xiàn)出了強(qiáng)大的威力，因此對(duì)SAR的干擾及抗干擾研究就成了電子對(duì)抗中重要的一部分。

對(duì)SAR成像的干擾方法有很多，不同干擾方法的目的和效果也不盡相同。干擾的實(shí)施應(yīng)該是為了達(dá)到特定目的而采取特定干擾策略的一個(gè)過程。與作為這些算法的基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展同樣具有挑戰(zhàn)性的是其在真實(shí)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。本文以防SAR衛(wèi)星偵察為目的，篩選了窄帶瞄頻噪聲干擾作為干擾方法。對(duì)干擾的實(shí)施流程進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述，對(duì)干擾信號(hào)的產(chǎn)生及干擾的遮蔽位置進(jìn)行了理論分析和仿真驗(yàn)證，總結(jié)了在使用窄帶瞄頻噪聲干擾時(shí)需要考慮的問題。

1 SAR有源壓制干擾方法及其實(shí)施

SAR干擾按照干擾能量來源可以分為有源干擾和無源干擾2類[1]。在有源干擾下按照干擾的方式又可以分為有源欺騙干擾和有源壓制干擾2個(gè)子類。有源壓制干擾利用干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號(hào)來壓制雷達(dá)回波，使雷達(dá)難以在回波中檢測(cè)到目標(biāo)信息。根據(jù)不同的場(chǎng)景選擇合適的干擾方法和實(shí)施流程才能充分發(fā)揮干擾的作用。

1.1 SAR有源壓制干擾方法

在對(duì)抗雷達(dá)偵察過程中，往往不能充分掌握雷達(dá)的參數(shù)，此時(shí)使用壓制干擾將更具優(yōu)勢(shì)。不同于欺騙干擾需要大量的對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的測(cè)量和調(diào)制，壓制干擾只需要較少的處理過程就可以生成干擾信號(hào)，因此反應(yīng)時(shí)間和適應(yīng)性也大大增強(qiáng)。常見的有源壓制干擾包括噪聲調(diào)頻干擾、噪聲調(diào)幅干擾、梳狀譜等。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)壓制干擾進(jìn)行了細(xì)致的研究：陳玉絨等對(duì)雷達(dá)有源壓制干擾信號(hào)進(jìn)行了建模和仿真[2]，吳曉芳等人對(duì)雷達(dá)電子對(duì)抗技術(shù)進(jìn)行了綜述[3]。為了讓噪聲盡可能多地進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，需要將噪聲調(diào)制到雷達(dá)的工作頻率上。特別是面對(duì)有捷變頻模式的雷達(dá)時(shí)，需要干擾機(jī)具有快速跟蹤雷達(dá)頻率的能力，由此就出現(xiàn)了窄帶瞄頻噪聲這種干擾樣式。曾茂生等人對(duì)產(chǎn)生快速窄帶瞄頻噪聲干擾的時(shí)序進(jìn)行了分析[4]，劉宇等介紹了一種利用數(shù)字射頻存儲(chǔ)器(DRFM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)窄帶瞄頻噪聲干擾的方法[5]。在對(duì)SAR干擾時(shí)，窄帶瞄頻噪聲干擾依然是比較推薦的方法。

1.2 對(duì)SAR窄帶瞄頻噪聲干擾的實(shí)施

要實(shí)施瞄頻干擾，首先要通過偵收系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行脈沖分析，進(jìn)行快速測(cè)頻，然后形成調(diào)制參數(shù)發(fā)送到干擾機(jī)，形成中心頻率在雷達(dá)工作頻率上的干擾信號(hào)并由發(fā)射系統(tǒng)輻射出去,對(duì)雷達(dá)形成干擾。典型的帶重頻跟蹤的快速窄帶瞄頻噪聲干擾時(shí)序如圖1所示。

圖1 窄帶瞄頻噪聲干擾時(shí)序

系統(tǒng)接收到雷達(dá)的脈沖之后，進(jìn)行脈間分析和重頻跟蹤，在脈沖到達(dá)前一段時(shí)間開偵收窗，并在脈沖前沿進(jìn)行快速頻率測(cè)量。干擾窗可以設(shè)置為幾個(gè)脈沖重復(fù)間隔(PRI)時(shí)間。在系統(tǒng)測(cè)出雷達(dá)工作頻率后就可以按照干擾參數(shù)進(jìn)行噪聲信號(hào)的調(diào)制。

2 窄帶瞄頻信號(hào)的產(chǎn)生及分析

這里僅考慮瞄準(zhǔn)頻率之后的信號(hào)調(diào)制過程，干擾噪聲信號(hào)使用噪聲調(diào)頻信號(hào)。相比于干擾傳統(tǒng)雷達(dá)，對(duì)SAR應(yīng)用瞄頻干擾會(huì)有更多需要關(guān)注的地方。對(duì)噪聲調(diào)頻信號(hào)用SAR成像算法進(jìn)行分析，將能夠揭示頻率瞄準(zhǔn)了的噪聲調(diào)頻信號(hào)對(duì)SAR圖像的影響。

2.1 窄帶瞄頻噪聲干擾信號(hào)的產(chǎn)生

噪聲調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：

(1)

2.2 干擾信號(hào)對(duì)SAR圖像的影響

雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)經(jīng)正交解調(diào)后可表示為：

(2)

式中：R(η)為干擾機(jī)在方位向時(shí)間η時(shí)到雷達(dá)的瞬時(shí)斜距；c為光速；f0為雷達(dá)工作頻率，因?yàn)榧僭O(shè)頻率已經(jīng)瞄準(zhǔn)，所以這里有f0=fj。

(3)

(4)

式中：rem(·)表示取余運(yùn)算;fPR表示雷達(dá)方位向采樣率。

3 仿真驗(yàn)證

通過仿真分析可以對(duì)頻率瞄準(zhǔn)噪聲和普通噪聲干擾效果有直觀的了解，這里用星載SAR進(jìn)行仿真分析。SAR的工作參數(shù)見表1。

表1 雷達(dá)工作參數(shù)

3.1 普通噪聲干擾和窄帶瞄頻噪聲干擾效果的區(qū)別

根據(jù)上面描述的噪聲調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式，可產(chǎn)生一個(gè)帶寬近似為100 MHz的瞄頻噪聲調(diào)頻信號(hào)。其功率譜見圖2。

圖2 瞄頻噪聲調(diào)頻信號(hào)功率譜

將其采樣之后疊加到雷達(dá)的原始回波上。普通不相干噪聲直接疊加和瞄頻噪聲疊加之后的時(shí)域原始信號(hào)見圖3～圖4。從圖3～圖4可以看到，在原始信號(hào)的時(shí)域中普通白噪聲和瞄頻噪聲在方位向都有功率。

圖3 瞄頻噪聲信號(hào)和雷達(dá)回波的原始數(shù)據(jù)

圖4 白噪聲信號(hào)和雷達(dá)回波的原始數(shù)據(jù)

在干信比0 dB情況下的普通白噪聲和瞄頻噪聲的干擾效果如圖5所示。

圖5 瞄頻噪聲干擾下的SAR圖像

圖6 白噪聲干擾下的SAR圖像

可以看到，普通非相干白噪聲直接干擾將會(huì)使SAR圖像出現(xiàn)明顯的雪花，成像惡化。但是瞄頻干擾由于其頻率和雷達(dá)工作頻率一致，會(huì)導(dǎo)致在方位向產(chǎn)生一定的壓縮。因而能量將更集中于一部分區(qū)域中。在實(shí)際的成像中，這種效果可能不會(huì)這么明顯，因?yàn)槠漕l率匹配程度不會(huì)這么高。其次大功率的噪聲也會(huì)使雷達(dá)回波的噪底提高，所以最后的干擾效果應(yīng)該是普通白噪聲和瞄頻噪聲干擾效果的一種疊加。

3.2 壓制位置仿真

從圖7中可以看到，瞄頻干擾的壓制位置并不以干擾機(jī)為中心。壓制中心和干擾機(jī)之間的距離為322個(gè)方位采樣點(diǎn)。這和理論計(jì)算得到的391個(gè)采樣點(diǎn)的距離結(jié)果較為接近。

圖7 壓制位置仿真

4 結(jié)束語

將窄帶瞄頻噪聲應(yīng)用到對(duì)抗SAR雷達(dá)的偵察上能獲得非常好的效果，但是不同于將噪聲直接作用于雷達(dá)數(shù)據(jù)，干擾信號(hào)頻率和雷達(dá)工作頻率相同，會(huì)在SAR處理的過程中得到一部分的方位向壓縮和卷繞。這就使得其壓制的范圍和位置都會(huì)產(chǎn)生變化。為了在實(shí)際應(yīng)用中更好地掩護(hù)目標(biāo)，我們需要提前考慮窄帶瞄頻噪聲的壓制范圍和位置，從而指導(dǎo)合理布站。