对SAR的延时叠加弹射式干扰研究

2019-12-04刘恩凯张竺君

舰船电子对抗 2019年5期

刘恩凯，张竺君

(1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州 225101；2.江苏曙光光电有限公司，江苏扬州 225000)

0 引言

合成孔径雷达(SAR)[1-4]利用运动平台的动态信息，通过信号处理手段可以将小孔径天线合成为大的虚拟孔径，以提高空间分辨力，另外通过采用脉冲压缩技术来获得高距离分辨率，具有全天候、全天时工作和实时处理信号的能力。因此，SAR在情报搜集、战场监视等多方面有着广泛的应用[5-7]。在未来信息化的高技术战场，重要军事目标和重要军事活动的防护显得尤为必要，因此对敌SAR进行干扰，破坏和扰乱其利用SAR对我方情报侦察具有非常重要的意义[8-13]。

由于SAR具有二维相干处理能力，传统的干扰样式很难奏效，而弹射式干扰[14-16]作为SAR的一种行之有效的方法，可以有效干扰SAR的成像判别。弹射式干扰接收SAR发射的信号，并将其投射到SAR辐射的区域，经地面反射后形成干扰回波，干扰回波叠加原始回波信号后被SAR接收机接收。弹射式干扰信号能够在距离和方位上被压缩成像，形成虚假欺骗目标。但这种干扰形成的虚假图像很难覆盖整个目标区域。为此，本文研究通过延时叠加的弹射式干扰方法。延时叠加保留了原来信号的相干性，但又在距离和方位维破坏了整个信号的相干性，因此，最终实现信号在方位和距离的部分压缩成像，覆盖整个成像区域。

1 弹射式干扰基本原理

弹射式干扰的原理[17-18]为：干扰机接收SAR信号，将信号放大并转发到目标区域。干扰信号通过目标的散射一部分被SAR接收。这样SAR接收到的信号不仅包含了目标对SAR发射波的后向散射波，而且包含了目标对干扰机产生干扰信号的散射波。干扰信号和目标信号一样，是线性调频信号，并且也有多普勒频率。干扰信号将对 SAR的成像结果产生影响。图1给出了在点目标的情况下，雷达、干扰机和目标的空间分布图。

图1 弹射式干扰空间区域模型图

假设t=0时刻，SAR位于A点，则t时刻，雷达与干扰机的距离为：

(1)

干扰机与散射点的距离为：

(2)

散射点与雷达的距离可以表示为：

(3)

假设t时刻，SAR发射的线性调频信号是：

p(τ)=g(τ)exp(j2πf0τ)exp(jπkτ2)

(4)

若干扰机将接收到的雷达信号转投到C点，信号经C点散射后被雷达接收。则t时刻，弹射式干扰后雷达接收到的来自C点的回波信号，经正交解调后可以表示为：

(5)

式中：τd为干扰机转发信号的延迟时间;RD(t)为从雷达到干扰机、再到目标点、最后回到雷达天线的总距离，即：

RD(t)=RAB(t)+RBC+RAC(t)

(6)

RT(t)是雷达到目标距离的2倍，也就是目标信号经过的路程，即：

RT(t)=2RAC(t)

(7)

σt和σd分别代表回波中目标信号和干扰信号的强度。可见，雷达回波是同一信号的不同延时的和。

在 SAR 信号处理中，信号延时反映了地面散射点的位置信息，弹射式干扰信号由于在信号的传播路径发生了改变，因此干扰信号经成像处理后产生的干扰点在 SAR 图像中出现的位置相对于投射区域中对应的散射目标点出现的位置会有偏差。这个位置偏差同干扰机和散射目标的相对位置和干扰机的转发延迟有关。因此，传统的弹射式干扰很难覆盖整个成像区域。

2 延时叠加干扰原理

由于传统的弹射式干扰的局限性，无法对整个目标区域形成有效的掩护。本文提出的延时叠加干扰[19]能够在距离维形成大范围密集假目标，同时在一定程度破坏方位维的压缩成像，因此能够对目标形成有效的掩护式干扰效果。图2为延时叠加干扰的干扰时序。

图2 延时叠加信号时序

由图2可以看出，延时叠加回波信号可以表示为：

(8)

式中：T为每次延时时间；N为叠加的次数。

图3为延时叠加干扰信号经过匹配滤波后的信号，由图3可以看出，经过匹配滤波后形成密集的假目标可以覆盖很大的区域。

图3 延时叠加干扰的脉冲压缩结果

3 仿真分析

根据前两节的模型，对SAR的干扰效果进行仿真，选用对面目标做干扰仿真。仿真参数设置：信号载频10 GHz，脉冲重复频率500 Hz，脉宽3 μs，带宽50 MHz，采样频率为带宽的2倍，波束中心下视角为70°，斜视角为0°，天线真实孔径为10 m，SAR雷达高度为20 km，速度为1 000 m/s，采用匀速飞行。采用RD成像算法得出的成像结果如图4所示。