SAR欺骗干扰工程化设计研究

侯文栋，冀贞海，吕超峰，冷 魁

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

·工程应用·

SAR欺骗干扰工程化设计研究

侯文栋，冀贞海，吕超峰，冷 魁

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

对SAR雷达的欺骗干扰研究在理论模型方面已经有了大量深入的研究，但对该领域在工程化设计方面的研究报道很少。首先给出了SAR欺骗干扰机的系统组成，然后分析了大数据量卷积模块的分段分相流水处理方法。在此基础上，给出了DRFM模块的硬件实现方案。结合硬件，提出了一种简单有效的闭环等效验证方法，并采集实际数据做了验证试验。试验效果证明了该硬件方案的有效性。最后，分析了SAR欺骗干扰机走向实用化所需的进一步研究的内容和方向。

SAR欺骗干扰；大数据量卷积；闭环验证方法；工程化设计

0 引言

合成孔径雷达(SAR) 是一种高分辨率成像雷达，在地形测绘、侦察预警、作战效果评估等方面有着重要的作用。作为电子对抗方，对SAR的干扰尤其是欺骗干扰研究有着迫切的需求和重要的现实意义。

SAR欺骗干扰研究在理论建模上已经得到了充分的研究，但在工程化设计方面研究得还不够深入。笔者经过大量的工程化设计思考和探索，提出了一套SAR欺骗干扰的工程化设计方法，并采用数据采集器采集实际数据，利用RD成像算法验证了该方法的有效性。为SAR欺骗干扰机的研制奠定了基础。

1 系统实现方案

SAR成像欺骗干扰系统原理如图1所示。首先，干扰机的接收天线接收到SAR雷达发射的直达波信号，经过微波系统的放大滤波后，在本振的作用下实现下变频，变到中频信号。高速AD采样后经过数字储频模块完成对直达波信号的欺骗调制，再经过DA播放出去，经过微波上变频链路，输送给发射天线，返回给SAR雷达的接收系统，完成图像欺骗。微波下变频和微波上变频模块要在同一个本振模块下工作，以保证欺骗干扰信号和雷达回波的相参性。

2 大数据量卷积的实现方法

1)分段卷积思想

图1 SAR成像欺骗干扰系统原理框图

当需要将一个有限时宽的序列和一个时宽不定或长度非常长的序列进行线性卷积计算时，理论上可以将整个波形存储起来,利用快速线性卷积方法进行处理。但是利用快速线性卷积变换存在以下问题:

①需要短序列补充很多零点,从而导致计算量和需要的存储空间无谓的增加;

②需要获得所有的输入序列,并完全进行处理后,输出序列才是有效的,因此整个系统必然存在较大的延时。

解决方案是将长度很长的输入序列分解为若干个较小的段,对每一个输入段分别计算相应的线性卷积,然后把每段的输出按照一定的方法组合在一起,得到最终的输出序列。

于是,根据卷积的分配律有：

(1)

因此,将原始序列按不重叠分段后,h(n)和x(n)线性卷积等于各子段xk(n)和h(n)线性卷积yk(n)之和。由于xk(n)和h(n)长度分别为L和M,所以yk(n)的长度为L+M-1。由于每一个子段的起点和后面紧邻的子段的起点相隔L-1个点,yk(n)和yk+1(n)将有M-1个非零点重叠，因此,应该把这部分重叠部分加在一起以得到正确的输出。

2)分相卷积思想

将一个数字序列x(n)写作Z变换形式：

(2)

将X(z)作M支路多相分解，得:

(3)

式中，Xk为Z变换形式的k相分量：

(4)

将滤波器的有限冲激响应h(n)也作多相分解：

(5)

式中，Hk为Z变换形式的k相分量。

(6)

式中，N为有限冲激响应h(n)长度，已假设滤波器阶数N为分路数M的整数倍。

滤波器输出Y(z)写作：

Y(z)=X(z)H(z)

(7)

其M路多相实现形式可以用矩阵形式表达为：

(8)

那么2路多相实现形式可以用矩阵形式表达为：

(9)

式中Y0,Y1为Y(z)的多相分量。

(10)

式中，设A=H0X0，B=Z-2H1X1，C=H1X0，D=H0X1。

图2给出了2相卷积的设计框图。此图完成y(n)=x(n)⊗h(n)的计算。首先将x(n)、h(n)做2倍抽取，形成奇偶分量xo(n)、xe(n)、ho(n)、he(n)，然后四部分分量互相交叉进行4次卷积，再分别做2倍内插，形成y(n)的奇偶分量yo(n)、ye(n)。

图2 2相卷积设计框图

分相处理的主要优点是通过算法进行并行处理降低了实时处理速度的要求，更利于硬件实现。

3 硬件闭环验证方法

硬件设计后，如何进行有效的验证是一个比较困难的问题。严格意义上来说，应该配备一套完善的SAR雷达信号模拟器和数据采集成像验证设备来进行闭环验证。但这个条件通常很难满足。所以本文采用图3所示的方法来进行等效验证。首先，使用宽带信号源同时产宽带LFM信号和其同步脉冲VP，VP送给高速示波器做触发采样用。LFM信号经过一分二功分器后分为两路，一路送给示波器做参考信号用，另外一路送入干扰机进行欺骗调制，调制后的结果送给示波器，示波器将同步脉冲、参考信号、调制信号同时采集下来，送给计算机事后分析处理。

图3 硬件验证方法

如图4所示，信号源发出两个连续的脉冲信号，同步脉冲标记为VP1、VP2,相对应的参考信号标记为S_ref1、S_ref2。干扰机接收到S_ref1后处理，处理的固有延迟标记为Latency,需要转发的信号为S_j1(虚线所示),通常情况下Latency较大(本文设计为220μs),已经超多了参考信号的脉宽，为了造成欺骗效果，将S_j1延迟到VP2到来时转发出去，和S_ref2对应的回波叠加在一起，返回给SAR雷达。示波器采集时刻如图4中阴影部分所示，采用脉冲触发Sequence模式连续采样上千个脉冲(根据示波器的缓存空间大小而定)，将数据存储下来传输给计算机进行成像验证处理。

图4 调制转发及数据采集示意图

4 验证试验

1)距离向验证

试验条件：原始信号为线性调频信号，PW=2μs,BW=20MHz,中频载波fc=600MHz。欺骗调制信号为对原始信号延迟转发，卷积系数δ=δ(1)+δ(1000)+δ(2000)。试验结果如图5所示。

试验结果分析：图5中(a)原始信号时域图形；(b)为对原始信号延迟3个时间量的叠加时域图形，从波形分析上来看，分别延迟了1.6μs(1.6ns×1000)、3.2μs(1.6ns×2000)；(c)为匹配滤波后的结果，从图上可以看出有三根谱线，间距为1.6μs(1.6ns×1000),与原理分析符合；(d)为其中一个谱峰放大图，从谱峰宽度为((3506-3257)/2)×0.4ns=49.8ns，理论上为1/20MHz=50ns，试验与理论相符。

图5 距离向实际数据匹配滤波验证图性

2)成像验证

方位向主要验证多个连续脉冲之间的相参性程度，这直接关系到最终的成像效果和质量。由于干扰机没有SAR成像模拟器，只能用信号源代替，因此成像欺骗调制简化为图像回波模拟，采用成像验证算法采集实际数据来等效验证欺骗干扰效果。验证图如图6所示。

图6 欺骗干扰成像等效验证图

试验条件：SAR雷达载频fc=9GHz,脉冲宽度TP=2μs,线性调频信号带宽BW=80MHz,快时间采样率Fs=2500MHz,PRF=400Hz,天线孔径D=0.65m, 平台飞行速度V=110m/s, 正侧视条带式工作。平台离地面高度10km,天线斜视角θ=30°。方位向连续采集脉冲数为1056。

试验结果分析：图6中(a)、(c)分别为航母模板图片，(b)、(d)为实际采集数据的成像结果。从结果来看，干扰机有效完成了对原始信号的调制功能，达到了预期的效果。

5 结束语

本文重点研究了SAR欺骗干扰工程化设计方案，推导给出了大数据量的实时卷积运算方法。然后分析了实际工程实现时的工作时序关系和闭环验证手段。最后，在硬件上作出了干扰转发电路板并实现功能，通过闭环成像验证了本文所提供方法的有效性。■

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Research on SAR deception jamming on engineering design

Hou Wendong， Ji Zhenhai， Lü Chaofeng， Leng Kui

(No.8511 Research Institute of CASIC, Nanjing 210007,Jiangsu,China)

SAR deception jamming has been researched largely and deeply but mainly on theorily modeling. Reports on engineering design is very few in this field. Firstly, compositive modules of SAR deception jamming system are proposed, and then mass data convolution using subsection multiphase pipeline method is analyzed. Hardware implemented project of DRFM is provided on this basis. Secondly, one of closed loop validated method which is simple and effective is proposed and validated experiment has been done by using practical data. The result shows that the method is validated. Lastly, research content and direction are analyzed for further engineering design.

SAR deception jamming; mass data convolution; closed loop validated method; engineering design

2017-02-04；2017-04-21修回。

侯文栋(1982-)，男，高工，硕士，主要研究方向为电子侦察、电子对抗。

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