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        基于SAR二維余弦調(diào)相二次調(diào)制的干擾方法研究

        2021-05-31 02:01:24黃金剛甄曉鵬杜小松
        航天電子對(duì)抗 2021年2期
        關(guān)鍵詞:壓制余弦干擾信號(hào)

        黃金剛,甄曉鵬,杜小松

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

        0 引言

        合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有全天時(shí)、全天候、不受氣象條件限制等優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于星載、機(jī)載、無人機(jī)載等多平臺(tái)的軍事偵察領(lǐng)域以及導(dǎo)彈末端圖像匹配制導(dǎo)方向。近幾次高科技戰(zhàn)爭(zhēng)表明,SAR已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和目標(biāo)定位的主要手段。研究SAR的有效干擾技術(shù),保護(hù)己方區(qū)域重點(diǎn)目標(biāo)具有重要的意義[1]。

        轉(zhuǎn)發(fā)干擾是目前干擾領(lǐng)域最為常用干擾方法之一,直接轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)于SAR形成的是一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)[2],要實(shí)現(xiàn)大面積掩護(hù)則必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。余弦調(diào)相對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過脈壓處理后可以形成等間隔目標(biāo),二維余弦調(diào)相干擾對(duì)SAR可以在距離向和方位向形成網(wǎng)格狀假目標(biāo)[3],當(dāng)假目標(biāo)間距較小時(shí),可呈現(xiàn)壓制效果。此外,余弦調(diào)相為恒包絡(luò)調(diào)制,有利于工程中的實(shí)現(xiàn),可以很好地避免疊加截位損失,余弦調(diào)相對(duì)多通道SAR-GMTI具有較強(qiáng)的對(duì)抗能力[4],為目前對(duì)SAR干擾常用的一種調(diào)制方法。直接二維余弦調(diào)相調(diào)制出的假目標(biāo)尺寸為SAR分辨率大小,作為欺騙干擾容易被識(shí)別,而作為壓制干擾,呈現(xiàn)的干擾效果較為單一。

        本文提出了一種基于二維余弦調(diào)相后再次進(jìn)行一維或二維余弦調(diào)制的干擾方法,即將一次二維余弦調(diào)相作為生成的樣本,對(duì)樣本進(jìn)行二次一維或二維余弦調(diào)相。該方法生成的假目標(biāo)大小可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置,作為壓制干擾可呈現(xiàn)不同的干擾效果,工程實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單,是一種頗具潛力的SAR干擾方法。

        1 二維余弦調(diào)相干擾原理

        余弦調(diào)相信號(hào)可以表示為:

        將其進(jìn)行級(jí)數(shù)展開,得到另外一種表達(dá)形式:

        式中,Jn(pj)為第一類n階Bessel函數(shù),fj為調(diào)制頻率,對(duì)其進(jìn)行傅里葉變化得到頻譜表達(dá)式:

        由式(3)可知,余弦調(diào)相信號(hào)的頻譜由無窮多個(gè)頻譜分量組成,各頻譜分量的幅度正比于相應(yīng)階數(shù)的Bessel函數(shù),且頻譜對(duì)稱,運(yùn)用卡森公式估計(jì)信號(hào)頻譜帶寬:

        因此,單邊取(pj+1)此分量,一共有2pj+3個(gè)頻譜分量。

        假設(shè)距離向余弦調(diào)相干擾信號(hào)為:

        將所接收的SAR信號(hào)作距離向余弦調(diào)相,并作為SAR的干擾信號(hào)。干擾機(jī)將干擾信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給SAR,在不考慮干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲情況下,干擾信號(hào)為:

        式中,ta為慢時(shí)間,對(duì)其進(jìn)行距離向壓縮,得到:

        式中,Sr(fr,ta)為干擾機(jī)所在單元距離向頻率壓縮結(jié)果,共形成2pjr+3個(gè)假目標(biāo),頻率搬移與時(shí)間延遲對(duì)應(yīng),假目標(biāo)之間的間隔為:

        式中,kr為SAR信號(hào)線性調(diào)頻斜率。

        由于頻率搬移會(huì)引起匹配濾波器帶寬失配,因此每個(gè)假目匹配輸出幅度增益為:

        對(duì)于側(cè)向合成孔徑雷達(dá),在方位向慢時(shí)間頻率變化表現(xiàn)為線性調(diào)頻特性,因此,余弦調(diào)相在方位向與距離向效果類似。

        記距離向余弦調(diào)相干擾信號(hào)為:

        將所接收的SAR信號(hào)作方位向余弦調(diào)相,干擾信號(hào)為:

        式中,ta為慢時(shí)間,對(duì)其進(jìn)行方位向處理,得到:

        式中,Sa(t,fa)為為干擾機(jī)所在單元方位向多普勒壓縮結(jié)果,共形成2pja+3個(gè)假目標(biāo),方位向假目標(biāo)之間的間隔為:

        由于頻率搬移會(huì)引起匹配濾波器帶寬失配,因此每個(gè)假目標(biāo)匹配輸出幅度增益為:

        二維余弦調(diào)相可以看作距離向余弦調(diào)相和方位向余弦調(diào)相調(diào)制的串聯(lián),干擾信號(hào)為:

        其形成的假目標(biāo)數(shù)個(gè)數(shù)為(2pjr+3)(2pja+3),距離向間隔為cfjr/kr,方位向間隔為λR0/(2v)fja。由于余弦調(diào)相效果相當(dāng)于對(duì)假目標(biāo)的位置搬移,因此,直接相位調(diào)制形成的假目標(biāo)大小為SAR的分辨率大小,易被識(shí)別。

        2 基于二維余弦調(diào)相的二次調(diào)制方法

        先用二維余弦調(diào)相對(duì)SAR信號(hào)進(jìn)行一次調(diào)制,形成原始樣本,樣本目標(biāo)點(diǎn)間隔小于或等于SAR分辨率,因此樣本表現(xiàn)為一個(gè)整體,將樣本再進(jìn)行二次余弦調(diào)相調(diào)制,使樣本分布在距離向和方位向,當(dāng)把樣本視作假目標(biāo)時(shí),可以取得更有效的欺騙假目標(biāo)效果。

        調(diào)制信號(hào)可以表示為:

        樣本距離向尺寸為2(pjr1+1)cfjr1/k,方位向尺寸為2(pja1+1)λR0/(2v)fja1,樣本作為新的假目標(biāo),經(jīng)過二次調(diào)制形成的新假目標(biāo)距離向間隔為:

        經(jīng)過二次調(diào)制形成的新假目標(biāo)方位向間隔為:

        對(duì)新假目標(biāo)的幅度增益也與二次調(diào)制相關(guān):

        二維余弦調(diào)制還可以表示為:

        式(20)意味著二次調(diào)制在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)可以先進(jìn)行2次距離向調(diào)制再進(jìn)行2次方位向調(diào)制,最終處理結(jié)果相同。

        當(dāng)pjr2=0,pja2≠0時(shí)二次調(diào)制僅進(jìn)行方位向調(diào)制,當(dāng)pjr2≠0,pja2=0時(shí)二次調(diào)制僅進(jìn)行距離向調(diào)制,當(dāng)pjr2≠0,pja2≠0時(shí)二次調(diào)制為二維距離向和方位向調(diào)制。

        新樣本距離向和方位向間隔大于新樣本尺寸時(shí),可以形成假目標(biāo)效果,當(dāng)間距逐漸變小時(shí),效果可從欺騙逐漸表現(xiàn)為壓制效果。

        若新樣本在距離向較大、方位向較小,二次調(diào)制做方位向一維調(diào)制,則形成方位向條紋效果,隨間距變小,干擾效果逐漸表現(xiàn)為壓制效果。

        若新樣本在方位向較大、距離向較小,二次調(diào)制做距離向一維調(diào)制,則形成距離向條紋效果,隨間距變小,干擾效果逐漸表現(xiàn)為壓制效果。

        3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

        SAR與干擾機(jī)干擾場(chǎng)景設(shè)計(jì)如表1所示,成像方式假設(shè)為正側(cè)式。調(diào)制參數(shù)設(shè)置如表2所示。

        表1 SAR系統(tǒng)與干擾場(chǎng)景仿真參數(shù)

        表2 仿真參數(shù)設(shè)置

        從仿真結(jié)果可以看出,常規(guī)二維余弦調(diào)相僅僅是對(duì)點(diǎn)目標(biāo)的復(fù)制,距離從大到小仿真結(jié)果分別如圖1(a)~(c)所示,圖1(c)呈現(xiàn)為壓制效果,作為欺騙假目標(biāo)時(shí)尺寸小;圖2(a)為假目標(biāo)樣本,尺寸可通過參數(shù)設(shè)置,圖2(b)為假目標(biāo)效果,隨著間距變小,圖2(c)呈現(xiàn)的為壓制效果;圖3(a)為距離向大方位向小的樣本,圖3(b)是二次調(diào)制為方位向一維調(diào)制形成的方位向條紋效果,隨著間距變小,圖3(c)呈現(xiàn)的為壓制效果;圖4(a)為方位向大距離向小的樣本,圖4(b)是二次調(diào)制為距離向一維調(diào)制形成的距離向條紋效果,隨著間距變小,圖4(c)呈現(xiàn)的為壓制效果。此外,還可以將二次調(diào)制結(jié)果相加形成更為復(fù)雜的干擾效果,圖5(a)為假目標(biāo)與方位向條紋調(diào)制疊加復(fù)合效果,圖5(b)為假目標(biāo)與距離向條紋調(diào)制疊加復(fù)合效果,圖5(c)為距離向與方位向條紋調(diào)制疊加復(fù)合效果。

        圖1 常規(guī)二維余弦調(diào)相仿真結(jié)果

        圖2 二次調(diào)制假目標(biāo)效果仿真結(jié)果

        圖3 二次調(diào)制方位向條紋效果仿真結(jié)果

        圖4 二次調(diào)制距離向條紋效果仿真結(jié)果

        圖5 二次調(diào)制復(fù)合疊加仿真結(jié)果

        4 結(jié)束語

        本文以二維余弦調(diào)相為基礎(chǔ),提出了進(jìn)行二次調(diào)制的SAR干擾方法,推導(dǎo)和分析了其干擾特點(diǎn)。仿真結(jié)果對(duì)比表明,該方法生成的假目標(biāo)尺寸可控,作為假目標(biāo)欺騙干擾的效果遠(yuǎn)好于常規(guī)二維余弦調(diào)相,通過不同的參數(shù)設(shè)置可以產(chǎn)生多種形式的干擾效果,將二維余弦調(diào)相二次調(diào)制進(jìn)行疊加還可產(chǎn)生更為復(fù)雜的干擾效果,兼具壓制和欺騙特點(diǎn),具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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