SAR干扰/抗干扰技术的现状与发展

柏仲干， 谢 虹， 马孝尊， 童旭平， 陈 丽

(1.中国人民解放军63880部队博士后工作站，河南 洛阳 471003;2.中国人民解放军63892部队，河南 洛阳 471003; 3.中国舰船研究院，北京 100192)

0 引言

SAR以成像的方式获取目标信息，是对地观测和空间侦察优势保持的重要手段。20世纪50年代以来，SAR的理论和技术在世界范围内受到极大重视并获得飞跃发展，其应用日趋广泛。在民用方面，SAR可用于地形测绘、海洋观测、灾情预报、农作物评估和天体观测等，在军用方面，SAR可用于战场侦察、目标识别、对地攻击等。SAR在军事领域的应用，使得战场信息侦察出现了严重的“一边倒”和“不对称”的情形:一方面，拥有SAR 侦察优势的一方通过对侦察信息的定位、建档和不断更新，获取战场信息的维数、深度和广度在不断增加，对战场的现状及发展已经到了“了如指掌”的境地;另一方面，对被侦察方而言，其多数军事目标和重要的政治、商业目标均被“一览无余”，基本上无密可保，甚至“无处可藏”，其战略劣势愈发明显［1－7］。

SAR的侦察威胁造成战场信息感知态势的不平衡性，使得对其干扰技术的研究成为军事信息对抗研究领域中的一项重要课题，为寻求有效的制胜之策，各国纷纷研究对SAR系统的对抗策略和技术，并研制相应的对抗系统。另一方面，鉴于对SAR干扰技术的不断发展，SAR抗干扰技术的研究也方兴未艾。以SAR、干扰和抗干扰作为搜索引擎，从万方数据库的文献报道统计来看，国内在2005年以前可以检索到的相关研究报道有80多篇，但是到了2010年2月和2011年3月相关研究报道分别为150多篇和180多篇，涉及干扰/抗干扰的处理算法、技术策略与装备体制等多个层面。

需要着重指出的是，文献［8］讨论了SAR的对抗与反对抗技术，包括对SAR的噪声干扰、应答式噪声干扰与应答式欺骗干扰以及对干涉式SAR进行欺骗干扰的可行性分析，指出，为有效干扰SAR必须相对精确地掌握飞行轨迹，并对SAR的反对抗措施也进行了讨论。另外，文献［9］在介绍合成孔径雷达(SAR)干扰对抗技术研究现状的同时，概述了与之密不可分的系统性能、抗干扰措施以及干扰效果评估方面的研究现状。

然而，当前对于SAR干扰技术的研究重心正在向SAR有源相参欺骗式干扰技术过渡，相继出现了多种有特色的干扰方法。此类干扰机首先截获SAR发射信号，然后根据预定干扰目标参数调制不同的相位和幅度，合成欺骗式目标图像，可有效产生舰船等大型欺骗目标。因此，本文在上述文献的基础上，紧密结合宽带雷达对抗系统实际，在SAR干扰技术方面，重点针对有源相参干扰技术进行了系统分析和总结，指出其有效性依赖于长期的技侦收集工作;在SAR抗干扰技术方面，重点针对有源相参干扰本身存在的非合作性问题，进行了归纳和总结，指出了其难点在于SAR信号处理策略的选取。

1 SAR干扰技术研究的历史与现状

纵观SAR对抗史，干扰技术的发展与SAR技术的发展紧密相联。1978年6月美国发射了SEASAT星载SAR，此后，星载SAR技术得到了迅速发展。相对而言，机载SAR比星载SAR受限制条件少，具有较大灵活性，更易于实现、采用和试验新技术，并能得到及时维护。星载SAR所采用的技术，一般先在机载SAR上验证。SAR系统目前正向小型化、模块化、多参数化、三维成像重构技术、复杂战场环境下的抗干扰技术、精确反演识别技术及分布式极化干涉技术等方向发展。SAR系统自身存在一些薄弱环节，使得对其干扰具有可行性。首先，机载/星载SAR的功率容量有限，且距地面较远，因此地面目标的反射回波信号能量较弱;其次，SAR在接收到预定数量的脉冲之前不能形成窄波束，在合成孔径的每一个单元位置起作用的仍是宽波束;而且，SAR方位向高分辨依赖于合成孔径原理，在一个孔径时间内，要求发射信号的特征(载频、带宽、调制方式、脉冲宽度等)保持不变;同时，SAR对搭载的运动平台有较高的要求，限制了平台的抗干扰运动形式，这便于侦察接收机的稳定跟踪，特别是星载平台更是如此;另外，SAR成像采用了相参脉压技术，对方位向和距离向信号的相参性要求较高，限制了SAR对一些抗干扰信号如频率捷变信号、随机初相发射信号、捷变调频斜率宽带信号等的使用。

出于保密的考虑，国外有关SAR干扰技术的公开报道较少。有关研究最早可以上溯到20世纪90年代初［10］，美国利用位于亚利桑那州的“罗兰防御系统”进行了SAR对抗的模拟试验，试验地点位于美国太阳城附近，背景包括农田和沙漠地区，干扰机系统产生模拟的噪声干扰，通过选用干扰强度的差别来演示验证“罗兰防御系统”对于各类目标的防护效果。文献［10］分析了SAR及其电子对抗中的技术问题;文献［11］研究了SAR对抗的系统问题;文献［12］通过雷达方程研究了对SAR的噪声干扰;文献［13］研究了宽带连续波成像技术，指出采用宽带连续波比采用调频信号具有更好的抗干扰能力。相比较而言，受到器件和需求的影响，国内有关SAR干扰的研究较晚，起步水平也较低。1995年，梁百川初步分析了对SAR实施干扰的可能性以及部分干扰效果问题，此后，国内的研究方兴未艾［14－23］。

具体来看，对SAR的干扰主要是利用无源、有源技术手段破坏雷达的正常成像，从而使其不能正确地探测和发现真实目标。结合宽带雷达对抗系统实际来看，其实现主要是通过遮盖真实目标和制造假目标两种途径，分为无源干扰技术、有源噪声干扰技术和有源相参干扰技术等。

1.1 无源干扰技术

1.1.1 反雷达伪装

为了隐蔽军事设施和军事行动，当前反雷达伪装技术得到了世界各国的普遍重视，国外曾对伪装、隐蔽与欺骗(CCD)技术进行联合测试试验，最终得出的结论是:CCD技术是提高地面重点目标和高价装备器材生存力的有效技术;合理使用CCD技术能够显著降低目标被敌方探测到的可能。

针对SAR的理想伪装标准是将目标的散射系数降到与背景完全一致，但是实现这个标准是很不容易的，其效费比往往让使用者难以接受。对抗SAR的伪装不仅要考虑目标在雷达图像中的亮度，还要考虑目标的外形。目前，主要采用的反雷达伪装有反射体和微波吸收材料两种手段［4］。

1.1.2 反射体

反射体能够对来自各方向的雷达电波产生强烈的反射，这样就可以用较小的反射体模拟较大反射面积的目标，常用的反射体有角反射器和龙伯透镜反射器。角反射器是3块互相垂直的金属平板或金属网组成的一组立体结构。角反射器通过模拟桥梁、水坝、工厂、阵地等，在SAR图像上形成假目标。实际中，为了模拟真实目标必须合理地选择角反射器的尺寸。因此，必须知道雷达截面积与角反射器尺寸的关系，并了解电波入射方向改变时雷达截面积的变化情况［4］。

1.1.3 微波吸收材料

SAR雷达图像是一种功率映射图像，与地表的后向散射系数存在对应关系。因此，改变目标的雷达截面积是最根本的无源干扰措施。为了实现这一目的，可以在目标表面涂敷微波吸收材料或是在目标上覆盖反雷达伪装网。为了避免被保护目标被SAR侦察到，在选择微波吸收材料时，应尽量选择与周围环境相同的绝缘介电常数和表面粗糙度的材料覆盖或涂抹被掩护目标，使被掩护目标和周围环境具有类似的后向散射系数，以致SAR的辐射分辨力不足以分辨目标，在所成图像上不能辨别目标，从而达到掩护目标的目的［4］。

1.1.4 假目标

对SAR无源干扰的另一种行之有效的方法就是假目标欺骗，对假目标的要求是它的有效反射面积必须等于或大于真实目标的有效反射面积，并且具有和真实目标相同或相近的目标特性，即具有相似的后向散射系数、形状和材料等，使SAR难辨真伪从而达到掩护目标的目的。

为了产生类似运动目标的无源干扰效果，考虑到假目标所具有的运动特性，文献［24］研究了基于微动多普勒特性的无源干扰技术。

1.2 有源噪声干扰技术

SAR有源噪声干扰是指通过发射大功率的噪声干扰信号，提高SAR接收机的噪声电平，甚至使其饱和，从而降低信噪比来达到干扰的目的。噪声干扰对大多数雷达都非常有效，对于SAR而言同样如此——实施此种干扰所需的信息量与风险都比较少，实施起来比较简单，而且干扰可在SAR图像中形成大范围的遮盖干扰效果［5－20］。

当被保护区域内的有源噪声干扰系统侦察到SAR信号后，引导干扰机发射不同调制样式的噪声干扰信号，具体包括射频噪声干扰以及噪声调幅、噪声调频、噪声调相干扰等，干扰随场景目标回波一起进入接收机，后经SAR处理成像，图1、图2为实施噪声调频干扰前后的雷达图像。

图1 无干扰时图像Fig.1 One image taken by SAR without jamming

图2 噪声调频干扰后图像Fig.2 The image of the same scene with noise frequent-modulated jamming

由于SAR的信号处理是相关处理，噪声干扰的效率比较低，一般需要干扰机发射较高的功率。此外，有源噪声干扰还包括有散射波干扰、类杂波干扰等样式，其最终目标都是在雷达输出端形成局部的类似杂波的干扰效果，遮盖或弱化目标。文献［18］研究了SAR二维余弦调相转发散射波干扰原理，将二维调相转发干扰和散射波干扰结合，为多假目标干扰携带真实目标信息提供了可行的途径。

1.3 有源相参干扰技术

SAR相参干扰机根据SAR回波模型以及成像处理模型，利用截获的雷达信号分别通过延时复制，并进行幅度和多普勒调制构建雷达信号的距离向、方位向冲激响应，使得产生的干扰信号不仅和雷达波形保持相参，还可在PRI期间满足响应的距离多普勒变化规律。这样干扰信号能和真实的雷达回波一样，得到距离和方位处理的增益，出现在最终的图像中。干扰机采用相参信号进行干扰，其输出功率无需很大，是一种较为理想的干扰措施。文献［4，14］对其模型进行了详细推导，证明了其技术的可行性。

如果干扰信号与实际雷达回波信号完全匹配，则产生的干扰效果将和模板(即期望干扰图像)完全一致，但是实际干扰信号由于空间相对位置关系等因素，干扰的距离走动以及多普勒相位变化与真实回波信号仍存在一定差异，因此在干扰图像上可能出现一定的距离和方位偏离。因此，相参干扰信号的产生需要考虑多方面因素，包括干扰信号的样式要与雷达回波信号样式一致，与雷达回波信号的时间门同步，与雷达回波信号的多普勒调制一致［7］，图3、图4为SAR的有源相参干扰的结果示意。

图3 干扰机的期望干扰图像Fig.3 The image template of the jammer

图4 相参干扰后在雷达端的输出图像Fig.4 The output image of the SAR after being jammed

能够实现对SAR的欺骗干扰是有源相参干扰的目标，其实现形式包括转发式和应答式两种，由于其对侦察信号特征、时序要求极高，因此一般只能在雷达的主瓣形成，且其距离和方位向的位置难以控制。文献［19］指出无论应答式或者转发式都只能形成掩护真实目标的点状欺骗目标，这种观点还有待商榷，关键是对于调制样式的理解和把握;文献［20］提出的基于移相调制的SAR场景欺骗干扰方法十分经典，其提出的散射波干扰样式一样可以实现对于分布式目标的掩护，间隙采样技术可以在干扰附近形成附加的对称假目标，给SAR欺骗干扰带来了许多启发;文献［21－22］研究了SAR的方位向间隙采样干扰技术及其效果，移频干扰作为SAR相参干扰的特殊形式，在步进移频和随机移频的情况下，也可以形成对分布式目标的掩护效果［23］。对SAR/GMTI的干扰技术也是相参干扰技术的研究热点，文献［25］分析了转发式相参干扰对单通道SAR/GMTI的干扰效果。

总之，SAR有源相参干扰的有效性直接取决于对敌方SAR的基本运行方式和数据资料的掌握程度，需要准确了解其载频、带宽、脉内结构、发射功率、重频、方向图、极化以及飞行轨道等，这些都是十分保密的，需要通过长期艰苦的侦察收集和分析归纳来获得。

另外，为了有效检验干扰技术的对抗效果，一系列综合仿真试验平台相继得到开发［26－27］，文献［38］研究了SAR干扰对抗仿真系统，该系统可进行功能级SAR对抗仿真，模拟多种杂波背景下SAR成像、检测与识别过程，并能对各种干扰样式进行效果评估;文献［29］研发了基于HLA的SAR对抗数学仿真试验系统，构建了HLA体系下的雷达、平台模拟、干扰、视景仿真与评估等多个邦员，开发并验证了大量仿真模型，实现了SAR对抗仿真的并行计算，兼容实际场景数据，为SAR对抗综合效能评估提供了一体化仿真试验平台。

2 SAR抗干扰技术研究的历史与现状

在瞬息万变的电子战战场上，干扰和抗干扰相互渗透。作为干扰的对立面，雷达抗干扰是为保证在电子对抗条件下有效地运用电磁频谱而采取的一系列措施，目的在于消除干扰的影响。雷达抗干扰的早期研究可以追溯到20世纪40年代，抗干扰技术被应用到雷达研制中，从信号检测理论出发研制相应的雷达系统，如LFM雷达、相位编码雷达以及PD雷达等。随后出现的MTI/MTD和CFAR检测技术，极大地提高了雷达的抗干扰能力。

如前所述，SAR与普通雷达的抗干扰技术因其系统特点的差异而不同，普通雷达中的一些经典抗干扰技术无法在SAR中得以应用，另一方面，SAR系统的独特之处使得其抗干扰技术研究可以考虑一些特殊的方法。

美国很早就开始研究SAR的抗干扰技术［17］，并指出不研究SAR抗干扰技术，就等同于空间之“珍珠港”。Soumekh［16］较早提出信号幅度微调和调频率微调的抗干扰技术，但由于保密等原因，后续的相关研究报道难以获取。近年来，为了有效应对SAR干扰技术的发展，国内学术界针对SAR抗干扰技术的研究方兴未艾，主要研究集中在SAR信号处理、天线及射频前端和系统体制等方面。

2.1 信号处理方面

作为SAR抗干扰研究的技术基础［2］，SAR信号处理的抗干扰优势明显。以噪声压制式干扰为例，雷达为双程工作，电波从雷达到目标，在经过目标后向散射返回雷达;而干扰为单程工作，直接将干扰波向雷达辐射，干扰方占优。雷达方是匹配接收方式，它相对于干扰波具有相参积累增益，且SAR的相参积累增益很高，它来自两个方面:1)对大时宽、大带宽信号进行的脉冲压缩，可得到约30 dB的相参得益;2)横向的多普勒压缩，使得SAR在功率对抗方面形成了明显优势，雷达方占优。另外，由于相参得益很高，用较小的发射功率就能得到所需要的信噪比，实现正常的成像。压制性的噪声干扰，等效于加大雷达的接收噪声，SAR同样会因为信噪比过低而不能正常工作。因此，为了能够在与对方的压制性噪声干扰的功率对抗中占据优势，军用SAR不难做到大幅度提高发射功率。

欺骗式干扰的技术缺陷，为SAR消除干扰提供了契机。SAR平台运动相对干扰之间具有非合作性，干扰方要精确估计出载机的运动是有困难的。针对此类问题，文献［7］研究提出了基于序贯引导的SAR欺骗干扰算法。即便如此，SAR系统函数存在空变特性，在离干扰机远距离端的欺骗干扰效果也会变差［4］。

雷达采取发射信号捷变的方式可以有效抗干扰。雷达为了防止干扰对信号的检测和复制，还可以采用调制信号捷变的工作模式。雷达信号的周期间捷变，干扰是无法预测的，这会给干扰的侦测和复制带来较大的困难，简单易行的方法就是脉间随机初相调制及其相应的信号处理［30］。另外，SAR在信号处理方面的抗干扰研究还有微调参数抗干扰技术，包括方位向多普勒调频率、多普勒中心频率等［4］。文献［17］还提出了一种解卷积的抗干扰处理思路，使用一个接收通道接收干扰机旁瓣辐射的干扰直达信号，根据接收到的雷达回波，使用获得的干扰直达信号和反射的干扰信号，通过解卷积获得对干扰响应的估计，然后从回波中减去估计的干扰信号，取得预期的抗干扰效果。该思路的难点在于获取干扰直达信息的难度较大。

2.2 天线及射频前端

SAR天线级抗干扰技术可分为空域和多天线对消等，其中，空域抗干扰技术研究方面，C.Heer等研究了SAR波束形成技术［30］，结合TERRA-SAR系统设计，给出了天线指标，以及方位向波束形成的具体流程。Ender和Rosenberg基于多通道SAR研究了SAR抗干扰技术，其本质也是波束形成技术，合成多个波束可以有效降低进入接收机的干扰能量，获得较大的干扰抑制性能。

天线级抗干扰技术的另一个方面是多天线对消方法，普通雷达使用DPCA等技术来对消杂波干扰，文献［14］研究了双路对消抑制对SAR弹射式干扰方法，但是其应用中，需要不同分辨单元的相位偏离量，工程应用还有一定困难。

另外，为了抑制噪声干扰从天线副瓣进入，SAR通常采用低副瓣天线，以及天线自适应副瓣对消技术。使得缩小干扰频带，以增强干扰在该频带内的功率密度，即所谓的“瞄准式”干扰技术所产生的干扰效果对SAR 不一定有效［7］。

2.3 系统体制方面

双站SAR，即用两架或者多架载机，其中一架只装备起到辐射源作用的发射装置，而接收和处理部分则装在另外的载机上，后者只是被动接收，工作较为隐蔽，对方难以察觉和有效干扰，是一种有效的抗干扰方法。当然，双站SAR要比单站SAR在成像处理方面复杂得多。

另外，SAR在系统体制方面采用的抗干扰措施还有:1)利用多种传感器联合工作，实现多源信息融合，可有效对抗干扰;2)根据无源角反射器在形状和成像阴影等特征上与真实目标的不同来区分真假目标，或通过提高分辨率、提高观测角、分段成像等措施来得到假目标的形状和散射图，与真实目标对比进行区分;3)利用图像中的破绽来发现欺骗干扰，如虚假图像的边缘与真实地域的衔接处很容易出现一些矛盾，虚假图像在阴影处的处理上也有一些困难等;4)扩展SAR的工作频带、隐藏SAR的时间窗口、减小SAR的空间窗口、增加SAR的发射功率(“全球鹰”目前正在改进的方向)、隐藏SAR的时频相关性等;5)新体制抗干扰技术，包括基于波束形成的抗干扰技术［30］、基于多通道的抗干扰技术［31］、基于多天线的抗干扰技术［32］、基于超宽带连续波带限随机噪声波形的抗干扰技术［24］、基于调频率微调的抗干扰技术［25］、分布式SAR抗干扰技术［17］等。

3 存在问题及发展趋势

3.1 存在问题

由于SAR属于遥感侦察资源，在和平时期开展相关的对抗实验比较难，使得相应技术的有效性验证存在“缺对手、缺环境、缺标准”等技术难题。

对于干扰方而言，要保证干扰效果其困难在于:1)干扰效果和场景电磁特性之间难以兼容，干扰目标与真实目标之间差异较大，干扰易被识别;2)干扰的原始信号大量存在于雷达的原始回波之中，转发的干扰信号的时序设置规律容易暴露;3)干扰功率容量的要求相对较高，收发隔离问题不易解决。

对于雷达方而言，要有效抗干扰，其困难在于:1)抗干扰技术依赖于干扰技术，其发展相对滞后;2)SAR抗干扰措施使得干扰条件下的雷达成像质量和目标检测性能出现下降“两败俱伤”;3)新体制SAR研制周期长、成本高，易陷入不对称发展的困境［13］。

3.2 SAR干扰技术发展趋势

在无源干扰方面，反雷达伪装将进一步考虑目标外形及其电测散射特性;与真实目标相比，反射体的尺寸更加合理，具有角度自动调整功能的反射体将得到开发，以便与综合侦察引导系统形成闭环干扰;微波吸收材料的“填空”作用增强，使假目标和真实地物之间的电磁散射差异进一步减小。无源假目标的配置日趋科学，可形成更为逼真的动目标干扰效果。

在有源压制干扰方面，SAR噪声压制干扰将逐步退出历史舞台，而基于传统压制噪声干扰一维部分相参的噪声干扰样式和具有卷积干扰性质的灵巧噪声干扰样式将更多地被电子对抗系统采用，以降低干扰功率容量的要求，对消技术的采用将使收发隔离问题得到妥善解决。

在有源相参干扰方面，高速实时大场景干扰算法日趋成熟，欺骗干扰通过事先存储需要模拟的真实场景回波和假目标回波，采取将侦察截获的雷达信号与目标信号相匹配的方式，迅速将干扰信号变频后发射，干扰效果的精准程度以及与场景的兼容性将得到进一步改善，其实时性和逼真性将得到保证，且干扰时序规律更为隐蔽［33］。

在辅助手段建设方面，为了与多种新的信号处理手段发展同步，多平台、分布式、一体化SAR对抗仿真综合评估系统将得到进一步开发。在硬件系统发展方面，DRFM技术的应用将使得干扰信号的幅相特性得到高品质保证，对干扰信号多普勒调制规律的控制更为精确，进而为相参干扰效果提供更为可靠的技术保证。在系统性能方面，多频段、可干扰GMTI、InSAR等多种新体制SAR的干扰机将得到进一步开发，干扰双站 SAR 的技术方法将得到长足发展［25－26，29］。

3.3 SAR抗干扰技术的发展趋势

在信号处理方面，多种成像处理算法对于距离走动和弯曲补偿更加合理精确，GMTI、InSAR测高、超分辨、自聚焦、图像增强、斑点抑制以及时频分析等信号处理手段将得到应用和发展。对抗欺骗式干扰的技术手段将得到进一步研究，其突破口在于欺骗干扰的位置不可控性及其干扰效果的空变特性。脉间调制信号捷变的工作模式将得到工程应用，相应的信号处理手段将得到重视。微调参数干扰技术和解卷积的抗干扰处理技术也将得到工程应用［34］。

在天线及射频前端，自适应波束形成技术的应用将显著提高SAR的干扰抑制性能。多天线对消方法、DPCA与STAP技术的工程应用将日趋成熟。

在系统体制方面，充分挖掘极化信息的潜力，发展极化抗干扰技术，必然会提高SAR应对有源相参干扰的能力。另外，多频段具有全极化测量、干涉测高和具有GMTI能力的机载/星载SAR、以及双/多站SAR将得到进一步开发。

4 结束语

本文综述SAR对抗研究的发展趋势，对于今后开展SAR对抗技术研究及相应的装备研发、训练，开展相应的对抗效果评估方法研究以及全数学/半实物仿真试验均具有指导意义。在今后相当长的时期内，SAR对抗依然将是空间信息对抗的重要组成部分，为了实现信息对抗的隐蔽性和突然性，在对抗装备发展策略和选择上，要紧盯世界SAR对抗技术发展前沿，实现SAR对抗技术和装备的跨越式发展。

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