合成孔径雷达窄带瞄频噪声干扰方法

刘佳伟，达通航，王 松，李敏剑，张二涛

(解放军63618部队，新疆 库尔勒 841000)

0 引 言

合成孔径雷达(SAR)的全天时、全天候观察能力使其具有了重要的军事应用价值。近年来SAR的传感器和信号处理器两部分性能都得以稳步提高，其在战场中的效能也得到进一步释放。在情报获取等方面，合成孔径雷达表现出了强大的威力，因此对SAR的干扰及抗干扰研究就成了电子对抗中重要的一部分。

对SAR成像的干扰方法有很多，不同干扰方法的目的和效果也不尽相同。干扰的实施应该是为了达到特定目的而采取特定干扰策略的一个过程。与作为这些算法的基础技术发展同样具有挑战性的是其在真实系统中的实际应用。本文以防SAR卫星侦察为目的，筛选了窄带瞄频噪声干扰作为干扰方法。对干扰的实施流程进行了简要描述，对干扰信号的产生及干扰的遮蔽位置进行了理论分析和仿真验证，总结了在使用窄带瞄频噪声干扰时需要考虑的问题。

1 SAR有源压制干扰方法及其实施

SAR干扰按照干扰能量来源可以分为有源干扰和无源干扰2类[1]。在有源干扰下按照干扰的方式又可以分为有源欺骗干扰和有源压制干扰2个子类。有源压制干扰利用干扰机发射的干扰信号来压制雷达回波，使雷达难以在回波中检测到目标信息。根据不同的场景选择合适的干扰方法和实施流程才能充分发挥干扰的作用。

1.1 SAR有源压制干扰方法

在对抗雷达侦察过程中，往往不能充分掌握雷达的参数，此时使用压制干扰将更具优势。不同于欺骗干扰需要大量的对雷达发射信号的测量和调制，压制干扰只需要较少的处理过程就可以生成干扰信号，因此反应时间和适应性也大大增强。常见的有源压制干扰包括噪声调频干扰、噪声调幅干扰、梳状谱等。国内外很多学者对压制干扰进行了细致的研究：陈玉绒等对雷达有源压制干扰信号进行了建模和仿真[2]，吴晓芳等人对雷达电子对抗技术进行了综述[3]。为了让噪声尽可能多地进入雷达接收机，需要将噪声调制到雷达的工作频率上。特别是面对有捷变频模式的雷达时，需要干扰机具有快速跟踪雷达频率的能力，由此就出现了窄带瞄频噪声这种干扰样式。曾茂生等人对产生快速窄带瞄频噪声干扰的时序进行了分析[4]，刘宇等介绍了一种利用数字射频存储器(DRFM)技术实现窄带瞄频噪声干扰的方法[5]。在对SAR干扰时，窄带瞄频噪声干扰依然是比较推荐的方法。

1.2 对SAR窄带瞄频噪声干扰的实施

要实施瞄频干扰，首先要通过侦收系统对雷达发射的信号进行脉冲分析，进行快速测频，然后形成调制参数发送到干扰机，形成中心频率在雷达工作频率上的干扰信号并由发射系统辐射出去,对雷达形成干扰。典型的带重频跟踪的快速窄带瞄频噪声干扰时序如图1所示。

图1 窄带瞄频噪声干扰时序

系统接收到雷达的脉冲之后，进行脉间分析和重频跟踪，在脉冲到达前一段时间开侦收窗，并在脉冲前沿进行快速频率测量。干扰窗可以设置为几个脉冲重复间隔(PRI)时间。在系统测出雷达工作频率后就可以按照干扰参数进行噪声信号的调制。

2 窄带瞄频信号的产生及分析

这里仅考虑瞄准频率之后的信号调制过程，干扰噪声信号使用噪声调频信号。相比于干扰传统雷达，对SAR应用瞄频干扰会有更多需要关注的地方。对噪声调频信号用SAR成像算法进行分析，将能够揭示频率瞄准了的噪声调频信号对SAR图像的影响。

2.1 窄带瞄频噪声干扰信号的产生

噪声调频信号的时域表达式为：

(1)

2.2 干扰信号对SAR图像的影响

雷达接收到的干扰信号经正交解调后可表示为：

(2)

式中：R(η)为干扰机在方位向时间η时到雷达的瞬时斜距；c为光速；f0为雷达工作频率，因为假设频率已经瞄准，所以这里有f0=fj。

(3)

(4)

式中：rem(·)表示取余运算;fPR表示雷达方位向采样率。

3 仿真验证

通过仿真分析可以对频率瞄准噪声和普通噪声干扰效果有直观的了解，这里用星载SAR进行仿真分析。SAR的工作参数见表1。

表1 雷达工作参数

3.1 普通噪声干扰和窄带瞄频噪声干扰效果的区别

根据上面描述的噪声调频信号表达式，可产生一个带宽近似为100 MHz的瞄频噪声调频信号。其功率谱见图2。

图2 瞄频噪声调频信号功率谱

将其采样之后叠加到雷达的原始回波上。普通不相干噪声直接叠加和瞄频噪声叠加之后的时域原始信号见图3～图4。从图3～图4可以看到，在原始信号的时域中普通白噪声和瞄频噪声在方位向都有功率。

图3 瞄频噪声信号和雷达回波的原始数据

图4 白噪声信号和雷达回波的原始数据

在干信比0 dB情况下的普通白噪声和瞄频噪声的干扰效果如图5所示。

图5 瞄频噪声干扰下的SAR图像

图6 白噪声干扰下的SAR图像

可以看到，普通非相干白噪声直接干扰将会使SAR图像出现明显的雪花，成像恶化。但是瞄频干扰由于其频率和雷达工作频率一致，会导致在方位向产生一定的压缩。因而能量将更集中于一部分区域中。在实际的成像中，这种效果可能不会这么明显，因为其频率匹配程度不会这么高。其次大功率的噪声也会使雷达回波的噪底提高，所以最后的干扰效果应该是普通白噪声和瞄频噪声干扰效果的一种叠加。

3.2 压制位置仿真

从图7中可以看到，瞄频干扰的压制位置并不以干扰机为中心。压制中心和干扰机之间的距离为322个方位采样点。这和理论计算得到的391个采样点的距离结果较为接近。

图7 压制位置仿真

4 结束语

将窄带瞄频噪声应用到对抗SAR雷达的侦察上能获得非常好的效果，但是不同于将噪声直接作用于雷达数据，干扰信号频率和雷达工作频率相同，会在SAR处理的过程中得到一部分的方位向压缩和卷绕。这就使得其压制的范围和位置都会产生变化。为了在实际应用中更好地掩护目标，我们需要提前考虑窄带瞄频噪声的压制范围和位置，从而指导合理布站。