侦察参数精度对机载SAR假目标干扰的影响*

田 晓，和小冬，李艳莉

(1.中国电子科技集团公司航空电子信息系统技术重点实验室，成都 610036;2.中国西南电子技术研究所，成都 610036;3.电子科技大学成都学院，成都 611731)

1 引言

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)利用天线运动形成综合孔径对地面目标实现二维高分辨遥感成像，具有全天候、全天时、大观测带和高分辨率等优点。SAR广泛应用于机载及弹载平台，在雷达领域具有重要的地位，因此是电子对抗领域的重要研究对象[1］。

从现有文献的研究可知，对SAR的干扰技术主要分为压制式和欺骗式两种[2－3］。压制式干扰主要通过发射如射频噪声的非相参信号来降低图像对比度，到达保护目标的目的，其原理相对简单，易于实现。欺骗式干扰一般分为再生式和转发式两大类，再生式干扰在侦察系统得到SAR平台运动轨迹、信号的中心频率、调频率与时宽等关键参数的基础上，通过精确重构转发一定功率回波信号的方式实现对SAR的干扰，然而该干扰方式的实时性较低;转发式干扰直接对雷达直达波进行快速加工并转发，具有实时性、相参性较好的优势。

为了在SAR图像中形成清晰的假目标，干扰机需要侦察系统提供较为准确的SAR运动参数与信号参数用以产生假目标干扰信号。然而，这些侦察参数通常存在一定的误差。相关文献已经讨论了对SAR的定位精度与虚假场景位置偏移[4－5］、各种参数(载频、调频率、中心斜距和SAR飞行速度)精度对成像位置和分辨率[6］、对运动假目标干扰效果[7－8］的影响。另外，脉冲重复周期的精度也会对成像产生影响[9］。

然而，国内外尚无公开文献研究产生多普勒调制信号时所需侦察参数误差对SAR欺骗干扰效果的影响。为此，本文首先对产生假目标欺骗干扰信号的多普勒频率信号建模分析，并给出了产生欺骗干扰信号所需的SAR的运动及信号参数;然后对侦察参数误差进行分析，并研究了侦察参数误差对欺骗干扰成像效果的影响;最后，对参数误差的影响进行了定量的仿真分析，为SAR欺骗式干扰机的研制与应用提供一定参考。

2 调制信号模型

在合成孔径起始时刻，假设机载SAR平台以v(单位m/s)的速度在高度H(单位m)沿直线飞行，以SAR在地面投影为原点O，以飞行轨迹在地面的投影为X轴方向，以垂直于飞行轨迹投影为Y轴方向建立坐标系，如图1所示。其中，SAR的合成孔径长度为L(单位m)，合成孔径时间(单位s)TP=L/v。

图1 干扰机与SAR成像配置几何关系Fig.1 The configuration geometry imaging sence beween the SAR platform and the jammer

在方位慢时间 τ时刻，若干扰机位于(x0，y0，0)，机载SAR平台位于(vτ，0，H)，则SAR天线相位中心到干扰机的瞬时斜距为

则SAR接收到的干扰机对应的多普勒信号的中心频率与调频率分别为

若期望的假目标位于 (x0+m，y0+n，0，其中，m为假目标距干扰机的X方向间距(方位向间距)，n为假目标距干扰机的Y方向间距(距离向间距)，则SAR天线相位中心到假目标的瞬时斜距可表示为

根据式(2)和式(3)，SAR接收到假目标对应的多普勒信号的中心频率与调频率分别为

在实际成像过程中，机载SAR一般利用波束中心与地表处的足迹间的距离替代波束照射范围内各散射点的实际距离，则假目标与干扰机间的多普勒信号中心频率差值为

假目标与干扰机间的多普勒信号调频斜率差值为

由上述分析可知，要在m，()n处形成虚假点目标，干扰机所截获SAR信号产生相应的多普勒信号的模型可表示为

干扰机对产生的干扰信号的延时调整时间

用以产生距离干扰机 ( m，n)处的假目标。式中，Tm为调制产生干扰信号的时间。

根据式(7)、式(8)及式(10)可知，利用转发式产生假目标欺骗干扰信号，在SAR图像中形成精细假目标，需要侦察系统提供SAR位置参数、速度参数及发射信号载频参数。

3 机载SAR平台参数精度影响

3.1 SAR位置参数精度影响

假设SAR的高度存在测量误差Δh，在机体坐标系下对假目标位置导致的方位向和距离向误差为Δx与Δy，则SAR天线相位中心到假目标处的瞬时斜距表示为

式中，

根据式(10)可知，位置精度将导致假目标信号的延迟调整时间与期望的不一致。由精度参数确定的延迟时间可表示为

当机载SAR平台位置参数侦察无误差时，产生假目标在距离向的位置应在SAR波束照射范围[R0－d/2，R0+d/2］内，其中 R0表示波束中心斜距，d表示波束照射范围。当位置参数测量精度降低时，假目标在距离向的位置逐渐向远距离方向偏移。当参数误差导致假目标位置超出SAR波束照射范围d时，假目标在距离向的成像位置将在近距离方向“折叠”进入成像范围。需要注意的是，当经过延迟调整的干扰信号在快时间域超出距离波门时，只有部分干扰信号进入SAR接收机，干扰信号时宽与带宽的损失将会降低假目标的成像效果。

忽略高次项的近似条件，Rre(τ)可表示为

式中，re()τ/RJ()τ为斜距相对误差函数，与方位向慢时间有关，影响方位向脉冲压缩。

则由此引入的多普勒信号的中心频率误差为

多普勒信号的调频斜率误差为

则由定位估计误差导致假目标在方位向位置产生的偏移量[10－11］为

由定位估计误差导致假目标方位向脉冲压缩输出展宽量为

式中，TP表示方位向慢时间。

3.2 SAR运动参数精度的影响

若SAR的运动参数存在侦察误差 Δv时，则SAR天线相位中心到干扰机处的瞬时斜距表示为

忽略高次项，RJe(τ)可近似表示为

与式(15)与式(16)类似，由此引入的多普勒信号的中心频率误差为

多普勒信号的调频斜率误差为

则由速度估计误差导致假目标在方位向位置产生的偏移量[7－8］为

由速度估计误差导致假目标方位向脉冲压缩输出展宽量为

当速度参数误差导致假目标多普勒频率超出参考信号频率范围时，假目标在方位向的成像位置将在近距离方向“折叠”进入成像范围。

4 信号参数精度对欺骗干扰的影响

当SAR发射信号载频存在侦察误差Δf时，调制的假目标信号的多普勒中心频率表示为

多普勒斜率表示为

式中，Δλ=c/Δf。多普勒调制信号的中心频率与调频率误差为

由载频估计误差导致的假目标方位向位置偏移量[7－8］为

由载频估计误差导致方位向脉冲压缩输出展宽量为

5 仿真分析

为了验证上述参数估计精度对假目标欺骗干扰效果的影响，利用表1所示的正侧视机载SAR参数对上述分析结果进行仿真，且假设干扰机的位置为(0，10000 m)。

表1 机载SAR仿真实验参数Table 1 The simulation parameter of airborne SAR

5.1 SAR位置参数精度的影响

利用定位误差参数产生的干扰信号对假目标成像位置、幅度及分辨率的影响如图2所示。由图2(a)可知，干扰机距离向误差Δy使假目标在方位向的成像位置产生偏移，而方位向误差Δx与高度误差Δh对假目标在方位向成像位置的影响较小。当Δy导致假目标成像位置超出成像范围时，假目标在方位向的成像位置将在反方向“折叠”进入成像范围，这与3.1节分析一致。由图2(b)可知，距离向误差Δy对假目标在距离向成像位置的影响较小，而Δx与Δh使假目标在距离向的成像位置逐渐偏离期望的位置。由图2(c)可知，方位向误差Δx对假目标方位向分辨率影响较大，且随着误差增大而逐渐增大，而Δy与Δh对假目标方位向分辨率的影响相对较小。由图2(d)可知，随着Δx、Δy与Δh逐渐增大，干扰信号与方位向脉冲压缩参考函数失配，使得脉冲压缩输出幅度逐渐降低。

图2 定位误差的影响Fig.2 The effect of location error

5.2 SAR运动参数误差的影响

利用SAR速度误差参数产生的干扰信号对假目标成像位置、幅度及分辨率的影响如图3所示。

图3 速度估计误差的影响Fig.3 The effect of velocity estimation error

由图3(a)可知，速度误差Δv对假目标在方位向的成像位置影响较大，而对假目标在距离向的成像位置无影响，由3.2节分析可知，当误差导致的方位向成像位置超出成像范围时，假目标在方位向的成像位置将在反方向“折叠”进入成像范围。由图3(b)可知，Δv对假目标的方位向分辨率影响较大，这是由于干扰信号与方位向脉冲压缩参考函数失配，使得脉冲压缩输出主瓣展宽，输出幅度逐渐降低，由图3(c)所示。

5.3 载频误差对欺骗干扰的影响

SAR发射信号的载频估计误差对假目标成像位置、幅度及分辨率的影响如图4所示。

图4 载频估计误差的影响Fig.4 The effect of carrier frequency estimation error

由图4(a)可以看出，载频估计误差Δf对假目标成像位置、分辨率及脉冲压缩输出幅度的影响较小。当小于1 MHz时，假目标在方位向的位置偏移不超过0.4 m，在距离向的位置偏移不超过3.4 m。由第4节分析可知，载频估计误差使调制的假目标多普勒频率与其脉冲压缩参考函数失配，导致其分辨率与输出幅度降低。当小于1 MHz时，载频估计误差对分辨率与脉冲压缩输出幅度的影响可忽略不计，如图4(b)与图4(c)所示。

5.4 参数精度综合影响

利用上述各参数精度对假目标欺骗干扰进行综合仿真，当侦察参数误差 Δx、Δy、Δh、Δv与 Δf分别为100 m、150 m、200 m、3 m/s与0.8 MHz时，产生的假目标如图5(a)所示;当Δx变为400 m时，产生的假目标如图5(b)所示。在图5(a)中，B是各参数存在上述误差时形成的假目标，A为各侦察参数无误差时形成的假目标。在图5(b)中，B是方位向位置参数误差较大时形成的“折叠”假目标。对比可知，当侦察参数精度较低形成的假目标在距离及方位向位置均有一定误差，且分辨率较低，当侦察参数误差超过成像范围时，将形成“折叠”的假目标。

图5 误差参数综合影响Fig.5 The synthesized effect of parameters estimation error

在干扰信号未加窗的条件下，图5中假目标A、B与C的峰值旁瓣比(Peak Side－lobe Ratio，PSLR)与积分旁瓣比(Integrated Side－lobe Ratio，ISLR)如表2所示。

表2 假目标的PSLR与ISLRTable 2 The PSLR and ISLR of the false target

结合5.1节的仿真分析结果及表2可以看出，随着参数估计误差增大，假目标的幅度与分辨率逐渐下降、旁瓣逐渐升高，从而导致PSLR逐渐降低。由于幅度与分辨率的下降导致假目标能量扩散，从而降低了主瓣的能量，使得ISLR逐渐增大，导致假目标散焦。

6 结束语

本文分析了各参数精度对在SAR图像中形成假目标的位置及其分辨率的影响。SAR的定位误差与假目标的成像位置偏移量大致呈线性关系。特别地，当位置、速度误差导致假目标成像位置超出SAR波束照射范围时，假目标将产生“折叠”现象，并严重散焦。因此，精确测量SAR的位置及速度可降低对假目标成像位置与质量的影响。当速度误差为2%、方位向定位误差为100 m时，假目标的方位向分辨率降低约1倍，因此提高SAR速度测量精度可降低方位向脉冲压缩对分辨率的影响。

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