基于混沌编码的OFDM雷达ISAR成像抗干扰性能分析

简柏杨

摘 要：文章主要研究了基于混沌编码的OFDM（COFDM）雷达ISAR成像技术。首先通过优化互补编码技术得到COFDM雷达的一维距离像，然后介绍了多载频宽带信号的ISAR成像原理，通过设置不同的编码矩阵，比较了优化互补COFDM脉冲对组成的脉冲串与COFDM脉冲串信号的ISAR成像结果，通过研究某种特定欺骗干扰情况下COFDM雷达的ISAR成像，验证其良好的抗干扰性能。

关键词：COFDM；优化互补；ISAR成像；抗干扰

中图分类号：TN957.51 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0065-05

逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar，ISAR）成像技术已经广泛应用于空间目标检测和弹道导弹防御等领域，而在OFDM新体制雷达成像技术的研究中，已有关于SAR成像的一些仿真分析结果[1][2]，但是对于ISAR成像的研究成果较少。

本文结合混沌编码技术，通过寻求优化互补编码，对COFDM ISAR成像进行相关的尝试，通过仿真分析，验证了其良好的抗干扰性能。

1 基于互补编码技术的OFDM雷达一维距离像

借鉴旁瓣对消、主瓣增强的互补编码思想，在发射COFDM信号的基础上发射一组最佳互补COFDM信号，通过旁瓣对消处理可以达到抑制回波信号的脉压输出旁瓣的目的。

2 COFDM雷达ISAR的成像原理

3 COFDM ISAR成像抗欺骗干扰

COFDM信号具有较强的抗干扰能力[6]，目前雷达的干扰主要分为压制性干扰和欺骗干扰[7]，此处主要研究了COFDM信号抗欺骗干扰的情况。

欺骗式干扰机模拟目标回波信号作用于雷达的目标检测和跟踪系统，以假代真或真假混杂，雷达往往在不知不觉中就受到了干扰，从而不能正确地检测真正的目标或者目标参数信息。

假设干扰机从接收到第m-1个脉冲信号开始，数字储频并进行幅度调制、相位延迟、复制叠加等变换产生欺骗干扰信号，和雷达第m个脉冲信号回波同时到达接收端。

4 仿真分析

以下结合优化互补编码技术，就抗欺骗式干扰模式下的COFDM雷达ISAR成像在matlab平台上进行系列仿真实验。

分别比较图2中初相加权IS COFDM和NIS COFDM成像结果，初相加权IS COFDM脉冲串在方位向上有一些模糊的影像，可能是由于目标的转动带来的微多普勒频移造成方位向上目标的平移，但是此时回波信号的峰均包络比为1，能够很好的满足雷达硬件发射条件，而NIS COFDM信号在方位向上的平移影像几乎不存在，成像结果非常理想，但是此时的信号峰均包络比相对有所增加，难以达到小于2的发射条件，需要进一步的研究。

比较图2（a）和图（c），互补编码条件下的微多普勒平移影像在一定程度上被抑制，但是此时的互补编码脉冲的峰均包络比有所提高。综合比较而言，四种情况下的成像结果都较为清晰，但是初相加权IS COFDM脉冲的峰均包络比较低。

当回波信号中存在欺骗干扰时，该干扰信号与目标信号在方位向和距离像上各相差20 m，初相加权IS COFDM和NIS COFDM脉冲串信号相对于图2（a）在距离向上的干扰被抑制掉，而方位向上的干扰依旧存在。

比较图3中的图（a）和图（c）可知，虽然干扰信号强度要高于原信号，但是优化互补编码信号的ISAR成像结果很好地解决了方位向干扰的影响，对于相对雷达距离不变（原地运动）的目标来说，具有很好的抗干扰性能。

假设飞机保持水平运动速度为？淄，远离雷达为正，同时匀速转动，若设定目标飞行方向与雷达视线的起始夹角为？茁=0，？淄=2 000 m/s，转动速度W=3.4 rad/s，在无干扰情况下，上述四种情况的成像结果，如图4（a）、（b）、（c）、（d）所示。

各强散射点由于速度的影响造成了散射点在距离和方位上的发散，导致目标的轮廓相对图2要模糊一些。由于信号初相的影响，在慢时间上多了一个一次相位项，造成了ISAR成像结果在方位向上的偏移，若在距离像上进行初相自聚焦补偿，则可得到的成像结果，如图5（a）、（b）、（c）、（d）所示。

此时目标的二维像经初相补偿能够很好的反映目标的位置，但是目标的轮廓清晰度降低。假设飞机的状态不变，在雷达接收回波时加入与图3相同的欺骗干扰信号，上述四种情况下目标的ISAR成像图，如图6（a）、（b）、（c）、（d）所示。

此时，非互补编码脉冲对组成的信号方位向的干扰较为严重，信号被淹没在干扰中，而互补情况下的二维像能够很好的反映目标的轮廓和位置，但是方位向产生了一定程度的偏移。将图6中（c）（d）两种情况进行初相补偿，如图7（a）、（b）所示。

此时的ISAR成像结果与图5一样，虽然目标轮廓相对模糊，但是在观测范围内目标的二维像基本上不受干扰的影响，对方位向的干扰有一定的抑制作用。

综上所述，优化互补编码OFDM信号在ISAR成像的过程中体现出较强的抗欺骗干扰的能力，具有进一步研究的价值。

5 结 语

本文研究了COFDM雷达ISAR成像原理，比较了优化互补COFDM脉冲对组成的脉冲串与COFDM脉冲串信号的ISAR成像结果，并着重研究了欺骗干扰下的成像结果，通过仿真验证了其良好抗欺骗干扰性能。文章仅考虑了低速情况下目标的ISAR成像，当采用互补编码OFDM脉冲串信号时，可获得距离和方位精度都较高的成像结果，但是由于没有进行速度补偿和目标微动特征研究，散射点容易产生越距离单元走动现象和多普勒失配现象，需要对高速运动情况COFDM雷达ISAR成像进一步研究。

参考文献：

[1] 冯祥芝，许小剑.混沌码正交频分复用SAR抗干扰能力研究[J].系统仿真学报，2009，（21）.

[2] Xiangzhi Feng；Xiaojian Xu.ECCM performance analysis of chaotic coded orthogonal frequency division multiplexing（COFDM）SAR.Proc. SPIE 8021，Radar Sensor Technology XV，80211K（June 21，2011）：doi：10.1117/12.883637.

[3] Han Xiao，Kai Huo and Weidong Jiang.A New Chaotic Phase-coded OFDM Signal and Its Characteristic.Cross Strait Quad-Regional Radio Science and WirelessTechnologyConference（CSQRWC），2013，doi：10.1109：CSQRWC.2013.6657426.

[4] 杨进.基于混沌理论的MIMO雷达正交波形设计与目标检测技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2012.

[5] 邓斌.多载频相位编码雷达信号设计与处理技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2011.

[6] Levanon N.Multicarrier radar signal-pulse train and CW[J].IEEE Trans，2002，（2）.

[7] 李江源，王建国.利用复杂调制LFM信号的SAR抗欺骗干扰技术[J].电子与信息学报，2008，（9）.