干扰合成孔径雷达的时延脉间抖动转发干扰模式研究

黄洪旭，周一宇

(1.中南林业科技大学 计算机与信息工程学院，湖南 长沙410004;2.国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙410073)

0 引言

合成孔径雷达(SAR)的高分辨率、全天候、大范围的成像特性，对地面重要军事和民用目标构成了严重威胁［1］。因此SAR 对抗技术已经成为各国的研究热点。由于保密等原因，国外在SAR 干扰方面研究的公开报道不多，相关报道主要集中在国内一些科研院校［2-7］。

一般将SAR 干扰信号分为非相干干扰、部分相干干扰和相干干扰。其中，部分相干干扰由于可获得SAR 信号处理增益，具有介于非相干干扰(如噪声干扰)和相干干扰(如欺骗干扰)之间的干扰特性，因此得到了广泛的重视。

目前的部分相干干扰信号，其SAR 成像要么为线目标不具备区域目标覆盖能力，如只保留脉内相位特性的常规移频干扰［8］和转发干扰［2］;或者虽然可实现区域目标覆盖，但又存在因干扰参数失配带来的干扰功率损失，如调频率失配脉间去相干干扰［9］存在调频率失配，随机移频干扰［10］存在干扰频率失配等。

为此，本文研究了转发干扰中转发时延在一定范围内随机变化的情况，并提出了一种新的部分相干干扰信号:时延脉间抖动转发干扰。文中对新的干扰信号进行了理论分析和仿真实验，并与其他干扰进行了比较。

1 时延脉间抖动转发干扰原理

1.1 干扰信号形式

假设SAR 发射的信号形式为

式中:a(τ)为信号包络，通常为矩形包络;f0为发射中心频率;kr为线性调频斜率;T 为信号脉宽。

不失一般性，本文只讨论当前脉冲周期主瓣转发的情况。干扰机在接收到SAR 信号后，在SAR主波束照射的不同脉冲重复周期，以不同的时间延迟量实施转发干扰。记这个脉间变化的时延为

式中:τd0为固定时间延迟，其应不小于干扰机的最小反应延迟;τξ(t)为脉间随机变化的时延变量，设τξ(t)变化的时间范围为［τ1，τ2］.

在SAR 接收端，去载频后SAR 成像处理前干扰的信号形式可表示为

上式的干扰信号可称为随机时延转发干扰。其可形成条状或带状干扰成像，干扰性能与τξ(t)变化的时间范围有关。若τ2-τ1＞T，其干扰性能不如噪声干扰;若τ2-τ1＜T，则可获得优于噪声的干扰性能。

当τ2-τ1＜T 时，τξ(t)在一个不大于信号脉宽的一个微小的时间范围内随机变化。这时的随机时延转发干扰信号本文称为时延脉间抖动转发干扰。其干扰信号形式仍然如(3)式所示。

显然，时延脉间抖动转发干扰是随机时延转发干扰的一种特殊情况。

1.2 干扰的SAR 成像输出

如图1，在Range-Doppler 成像算法中，距离向和方位向分别对目标回波信号独立进行压缩处理，概念清晰，非常适合用于时延脉间抖动转发干扰的理论分析。

图1 Range-Doppler 成像算法流程Fig.1 Range-Doppler algorithm

1.2.1 距离压缩

(3)式的干扰信号经距离压缩后的输出形式可表示为

式中:b(τ)为经距离压缩处理所得信号包络，通常a(τ)为矩形包络，故b(τ)为sinc 函数。

1.2.2 距离迁移校正

距离压缩处理后，SAR 需要通过距离迁移校正来消除目标回波信号的耦合，即将距离压缩后包络函数b(·)中的R(t)变为常量的雷达目标距离R0.

对于(4)式的干扰信号来说，距离迁移校正将干扰信号包络中的Rj(t)校正为常量的雷达干扰距离Rj0，那么经距离迁移后的干扰信号可近似表示为

可见，不同t 时刻，干扰信号的尖峰位于不同的距离分辨单元，如图2所示。

图2(a)为距离迁移校正后干扰的灰度图像。横向为距离向，纵向为方位向。图中不同的白点对应于不同方位向采样时刻下干扰信号尖峰的成像。

图2(b)为在若干方位向采样时刻，经距离迁移校正后输出的干扰信号。右侧轴对应距离向，左侧轴对应方位向。由该图可以清楚看到，干扰的尖峰位于不同的距离向分辨单元。

图2 经距离迁移校正后的成像和信号Fig.2 Jamming simulation imaging and signal samplings after through range migration correction processing

1.2.3 方位压缩

根据式(5)，经距离压缩和距离迁移校正后的干扰信号，存在随机变化的相位项Φ(t)=2πf0τξ(t).由于该随机相位的影响，并不能得到方位向压缩后干扰的最终信号形式。但干扰输出结果是可以分析的。

由于τξ(t)变化的时间范围为［τ1，τ2］且τ2-τ1≤T，故Φ(t)的变化范围为［0，2πf0T］.由于f0T ＞1，可知Φ(t)在［0，2π］内随不同的t 随机变化，干扰信号的方位向线性调频特性遭到破坏。因此SAR 对干扰信号的方位向压缩处理为非相干处理。经SAR 方位向压缩处理后，干扰最终输出的功率将沿方位向平滑分布到整个方位向处理的时间窗上。

由于方位压缩处理前干扰峰值随机分布在不同的距离向分辨单元，τξ(t)的随机变化范围又被限定为不大于SAR 的信号脉宽，经SAR 成像处理后，干扰的的输出成像为一个似噪条带，其距离向宽度约为τξ(t)的变化范围，方位向宽度则为整个方位向处理的时间窗，如图3阴影部分。

图3 干扰成像示意图Fig.3 Jamming imaging output schematic diagram

2 仿真实验

2.1 干扰的成像

下面采用表1的SAR 参数，设定τd0=T/8，τ1=0，τ2=T/4，时延脉间抖动转发干扰的SAR 成像输出如图4所示，与图3分析得到的示意图一致，证明了前面分析的正确性。

表1 某型机载SAR 实验样机参数Tab.1 Experiment prototype parameters of airplane SAR

2.2 距离向干扰宽度验证

表2给出了干扰条带沿距离向宽度的理论值与仿真值，二者基本相等，表明前面分析是正确的。

2.3 随机量τξ(t)取值规律的影响

在不同的脉冲重复周期，τξ(t)在时间范围［τ1，τ2］中随机取值。其取值规律一般为均匀分布，此时对应的概率密度函数为

τξ(t)也可以为其他概率分布函数，如(μ，σ)上的高斯分布。高斯分布对应的概率密度函数为

图4 干扰的仿真成像Fig.4 Simulation imaging of the proposed interference

表2 干扰条带宽度的理论值与仿真值Tab.2 Theoretical and simulation values of the jamming swath width in fast time domain

图5给出了在时延随机量取值规律分别为均匀分布和高斯分布下，干扰的SAR 成像沿距离向的幅度均值(仿真100 次)。由图可知，在合成孔径时间内，干扰成像沿距离向的强度分布与时延随机量τξ(t)的取值规律一致。因此干扰方可以根据待掩护目标沿距离向的RCS 强弱分布，构造τξ(t)的概率分布函数，以在RCS 强的距离向分辨单元内获得更高的干扰功率，从而提高干扰效率。

图5 时延随机量取值规律的影响Fig.5 Influence of the time delay variable distribution on jamming output signal amplitude

2.4 对分布目标的干扰成像

图6给出了时延脉间抖动转发干扰对分布式目标的干扰情况。图6(a)为无干扰下分布式目标的成像，其中被白色圆圈所圈住的区域为待掩护目标区域。图6(b)为时延脉间抖动转发干扰下的成像情况。在JSR=5 dB 时，时延脉间抖动转发干扰实现了目标遮盖。而若采用噪声干扰，达到相同干扰效果需要的JSR 约为15 dB，如图6(c).

图6 分布式目标的干扰成像仿真Fig.6 Jamming simulation for distributed targets

2.5 与其它部分相干干扰的比较

时延脉间抖动转发干扰(TDIJ)、脉间去相干随机移频干扰(INRSF)和调频率失配脉间去相干干扰(SMIN)对SAR 的干扰成像输出都是距离向占据一定宽度的条带，但后2 种干扰都存在参数失配，因此存在干扰损失。图7为3 种干扰信号的平均干扰输出功率的比较。图中横坐标为距离向干扰宽度与信号脉宽的比值。显然，在相同的距离向干扰宽度下，时延脉间抖动转发干扰具有更高的干扰输出功率，优于其他2 种干扰。

图7 3 种同类部分相干干扰的比较Fig.7 Comparison of three partly coherent jamming styles of the same kind

3 结论

本文研究考虑了在一个脉冲重复周期内转发一个干扰脉冲的情况。作为一种基本的干扰信号，时延脉间抖动转发干扰还可以通过多种手段形成复合SAR 干扰信号，以获得更好的干扰效果。

研究表明，本文提出的干扰模式，可以获得SAR 距离向匹配处理增益并不存在距离向的参数失配，干扰输出为干扰条带可以用于掩护区域目标，具有优于噪声和同类干扰的干扰特性。由于该干扰模式是通过改变不同脉冲重复周期中的转发时延来实现的，普通的转发干扰机就能实施。因此其非常易于实现。

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