对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法

第39卷第3期 2017年6月
探测与控制学报
Journal of Detection &Control
Vol. 39 No. 3
Jun. 2017
对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法
周阳，毕大平，沈爱国，房明星
(解放军电子工程学院，安徽合肥230037)
主商要：针对合成孔径雷达(SA R)干扰灵活性不够的问题，提出了对S A R的运动调制间歇采样干扰方法。

该 方法先对截获的SA R信号进行运动调制,再对其间歇采样后转发出去，其干扰原理是利用运动调制的S A R信 号经成像处理后会产生方位向调制效应,而间歇采样转发可在距离向上产生周期延拓的多假目标，二者结合可 形成灵巧的遮蔽干扰效果。

仿真验证表明，该方法能够产生有效的遮蔽干扰效果，且通过改变采样周期、占空 比和运动调制参数可使干扰能量散布在需要遮盖的目标上，从而提高了干扰能量利用效率。

关键词：合成孔径雷达;运动调制效应;间歇采样转发干扰;遮蔽干扰
中图分类号：TN957 文献标识码：A文章编号：1008-1194(2017)03-0112-06
Motion Modulation Intermittent Sampling Repeater
Jamming Against SAR
ZHOU Yang,BI Daping,SHEN Aiguo,FANG Mingxing
(Electronic Engineering Institute of PLA, Hefei 230037, China)
Abstract：Due to the insufficient flexibility of SAR jamming, a motion modulation intermittent sampling repeat­er jamming method was proposed. This method began with motion modulation on intercepted SAR signals, in­termittently sample, and then transmitted them. Motion modulation of SAR signal can produce the effect of mo­tion modulation along azimuth and the intermittent sampling repeater jamming can produce multi fronted and lagged false targets along range. The combination of the both could provide the jamming effect of smart shading area. Simulation results verified the shading jamming effectiveness for SAR and showed that the energy can only appear on the targets that needed to be covered by adjusting the sampling interval, duty ratio and parameter of motion modulation, so that jamming efficiency could be improved.
Key words：synthetic aperture radar (SAR) ；effect of motion modulation；intermittent sampling repeater jam­ming；shading jamming
〇引言
合成孔径雷达（S y n th e tic A p e rtu re R a d a r，S A R)是一种新体制高分辨率成像雷达，具有全天 候、全天时的对地观测能力，被广泛用于军事侦察、地图测绘以及导弹末端图像匹配制导等方面[1]。

随 着各国S A R的快速发展，它已对我重要军事目标构 成了严重威胁。

因此，研究S A R干扰技术具有越来 越重大的意义。

*
由于S A R具有二维匹配处理能力，可获得高的 处理增益和抗干扰性能，这使得S A R干扰必须有别 于传统雷达。

目前，S A R干扰可分为有源干扰和无 源干扰。

无源干扰主要以布置无源角反射器、发射 箔条弹和给需掩护目标涂抹隐身材料为主[M]，此类 干扰方法常受地域、风向、环境电磁特性等因素制 约。

有源干扰又可分为有源压制干扰和有源欺骗干 扰，有源压制干扰主要通过对S A R发射大功率非相 干信号来降低S A R图像对比度，达到保护目标的目 的，此干扰所需要的信息量较少，实施起来简单[5]，
*收稿日期=2016-12-21
基金项目：国家自然科学基金项目资助(61171170)
作者简介:周阳（1991一），男，江西南昌人，硕士研究生，研究方向：SA R信号处理及SA R对抗理论研究。

E-mail: zhouy- anglb@163. com 。

周阳等：对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法113
但干扰功率要求高;有源欺骗干扰主要采用相干干 扰信号产生假目标，大大降低了对干扰机的功率要 求，但产生此类干扰对硬件要求较高，工程实现难。

文献[6]就相干干扰工程实现难的问题，提出了基宁 间歇采样处理的干扰方法，其结果对于各类型相干 雷达的干扰设计均有指导意义;文献[7 —8]将间歇 采样转发干扰技术成功地应用管SAR干扰，但干扰
效果仅在距离向产生逼真的相干假目标串；文献[9一10]将间歇采样干扰技术与散射波干扰、卷积干扰 结合，取得了较好的干扰效果，但仍停留在一维距离 向上;文献[11]提出二维间歇采样延迟转发SAR干 扰技术，可在距离向和方位向二维同时产生多个以 主假目标为中心对称分布的逼真假目标串，但由于 灵活性不足而不能有针对性地保护重要目标，干扰 能量未能得到有效利用。

本文针对此问题，提出了 对SAR的运动调制间歇采样干扰方法9
1基础干扰模型
如图1，设SAR平台以速度沿尤轴方向做勻速直 线运动，其高度为H，合成孔径长度为L，合成孔径时间 为TL =L/%干扰机J位置为以，0)，4 =〇时干扰机到S A R的斜距为g =W+W+H2,任意时刻^ 干扰机到S A R的斜距为找“）。

图1SA R成像场景图
Fig.1The imaging scene of SAR
1.1 运动调制干扰模型
运动调制干扰指在干扰机接收SAR信号的基 础上，调制上运动附加相位，然后转发出去，达到产 生虚假运动目标的干扰效果。

根据文献[12]得出的匀加速运动附加相位Ap(U，可以建立运动调制干扰信号变换为基带形
式的模型如下：
s.(t t)=rect[t r~2R i(ta)/c\ect(ta~Xi/v)
exp )Kflr t a2R A t a)-
其中，
exp[—- exp[jA^(^ )] (1)
嘻)=2,
7C/^a
一 2vxv v v2
i v2V⑵
由于对干扰机接收到的信号进行了运动调制，转发进入S A R接收机进行R D算法成像后，会在方 位向上产生运动调制效应，其干扰效果是在方位向 上的干扰点或干扰条带。

1.2间歇采样转发干扰模型
间歇采样干扰指干扰机接收S A R信号后，高保 真度地采样其中一小段信号后进行转发，再采样下 一段并进行转发，如此收发分时、采样和转发交替工 作直至大时宽信号结束M。

设间歇采样脉冲信号户(~)为矩形包络脉冲串(如图2)，其表达式为
+00
p(t r) =r e c t(^-) * ^]8(tr—n T s)=
i W—〇〇
ob
D r+D2a ncos2itn f s t r(3)其中，汉•）为冲击函数，Tw为采样脉冲宽度，T s为 采样周期，A- =T w/T s =T w/S为采样脉冲的占空 比，=T w/ss in c(7?TrT w/s) =D r s in c(??TrA')为幅 度加权系数，通常情况下T W、T S小于雷达信号的脉 冲宽度。

图2 距离向间歇采样脉冲串
Fig.2 Azimuth intermittent sampling pulse series
干扰机对截获的SAR信号S。

a，^)进行距离 向间歇采样后转发，得到的间歇采样干扰信号为
sv X tr,t a) =sB(tr j t a) •p(t r)(4)间歇采样干扰基于天线收发分时体制，能够解 决干扰机收发隔离问题，可在距离向产生逼真的多 假目标干扰效果。

2 运动调制间歇采样干扰
本小节从运动调制间歇采样干扰模型、
干扰原
114探测与控制学报
理和于扰参数分析方面研究该新型干犹方法。

2.1 运动调制间歇采样干扰模型
运动调制干扰在设置合适的运动参数时可以实
现方位向的展宽效应，距离向间歇采样干扰可在距
离向上产生多个千扰假目标，将运动调制干扰和间
歇采样干扰结合起来，可实现二维遮蔽千扰效果。

募体设计思路是在千扰机接收到S A R信号基.
础上，调制匀加速运动附加相位然后进行
间歇采样转发。

这种新的千扰样式称为运动调制间
歇采样干扰.此千扰信勞在S A R中变换为墓带后的
形式为
% 又:tr，责e.) exp]%nr rect
(ta—x^/v\ L Tt-
rect
\Tn，/
竭a).
(gxp[—]2^R j
鄉]•〇, +22a… cos2O T/s t r-
2R'(—tay
(5) 2.2 运动调制间歇采样干扰原理
图3为合成孔径雷达的R D成像处理流程图，下 面利用R D算法推导运动调制间歇采样干扰的成像结果。

exp[—j2M?j(r)+jA^(r)—(4—r)2]d r
-00
(8)
在F re s n e l近似条件下，S A R的方泣向回波数 据f着作线性调频信号形式，_i具有较大的时宽带 宽积，故可采用驻相点法求取积分*最终得到千扰信 悬经过S A R系统成像表达式为
T P
sine*(T l— I4*I)].
+〇〇
2anexp(—)Tznfst； )•
n=—〇〇
s in c[7t(n/s~\~firtr )(T P—\t* |)] (9)其中，G‘，屯=D r sin c(m rD r)，D r是间歇采样脉冲串的占空比，其中4m为驻相点处对应的方位 向时刻，其表达式为
广am
X]
V
工内十M %
v2
v x2—2vx v+
y y2+Xja^ +y-^ay x
------------------------2-----------------------r
v
(X)x____Z/Q I S d y T J y# 2 __I* 3 /-]
2^r2^^r(1〇)
距离压缩距离徙动校正方位压缩
图3SAR.的S D成像处理流程
Fig. 3 RD imaging processing flow of SAR
'干扰信号经距离压缩和距离徙动校正后的信售 形式为
& =(：i 1 ■exp[jA p(4 B(1 -)•
-h»
S a^expOTtn//: )•sinc[7r(n/5十)(TP— |( |)]
n=—〇〇
W
其中“,* =‘一2_R,/C。

经过距离徙动校正，距离向和 方位向二维解耦，这使得距离向和方位向能够独氧 处理》
干扰信醫进行方位压缩时，方位向参考函数为 ha Ct…)—：rect(i a/Ta}e x p j] (7)其中，A =—2t/V A R j，为方位向调频率。

经过方位压缩，输出为方位向慢时间L的宜相关函数
+〇〇
S4 =S3* K(4 )= 2d n^i—ym f s t r )•
n=~〇〇
sinc:[jr(n/s+病* )(T P— |ft，|:)] . (1— ).
由上式可知，.在:4: =.f i«时，于扰能:量翁最大输 出。

对静止目标的运动调制会导致干扰假目标的散 焦.所以其成像效果.是千扰条带^根据运动目标S A R成像特性可知f扰条带方位向中心偏移位置 和展宽量分别为
(11)：
V J C2 — Z V X V+V y2S T V 3(後r T’I G.V咬V)T2成r。

’ ij 參.V。

丁' 3
_— 〇v[L
(12)
由于.间歇采样的作用，使得千扰条带在距离向 周期延拓fB现，绝现位置为y=yj—，.:因此 、会产生区域遮蔽千扰效果。

2.3 关键干扰参数分析
由式(9)可见，运动调制间歇采样遮蔽干扰与 采样周期、占空比和运动调制参数有关，它们对干扰 成像有很大影响。

1)间歇采样周期T s
间歇采样周期影响遮蔽面积，遮蔽疏密程度，是 一个关键的干扰指标。

当间歇采样周期越大时，假苣 标条带越密集，所形成的遮蔽面积越小《
宁扰能暈越
周阳等：对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法115
集中；当间歇采样周期越小时，假目标条带越稀疏，所形成的遮蔽面积越大，干扰能量越分散。

2)占空比A
占空比影响干扰输出加权系数，因而会影响 到干扰输出幅度。

设《= 〇为距离向中心假目标，其 余为距离向第《阶次假目标。

当为整
数）时，〜=0，此时图像上将看不到该次级假目标。

由于a。

=U，所以占空比越大，距离向中心假目标 幅度越大，次级假目标幅度相对中心假目标会降低。

占空比减小时，中心假目标幅度下降较快，次级假目 标幅度下降较慢。

3)运动调制参数％，，心，ay
运动调制参数主要影响方位向假目标峰值中心 位置及展宽量。

一般的，干扰机位置纵坐标％远大 于横坐标，由式(11)，式(12)知，&影响方位向均 勻展宽量，^影响假目标峰值中心位置在方位向上 发生偏移的大小，&对偏移和展宽影响均不大，是使方位向发生非均勻展宽的原因。

因为干扰机和待保护目标相对位置是已知的，对干扰机设置合理运动参数，可使干扰能量仅出现 在待保护目标上，从而有效利用了干扰能量。

如果 干扰机和待保护目标存在相对位置存在误差，那么 遮蔽面中心位置可能会偏离待保护目标，可以通过 适当减小间歇采样周期，并适当增加方位向调制加 速度来增加遮蔽面的面积，从而确保待保护目标被 完全遮蔽。

3仿真实验
为了验证理论分析的正确性和干扰的有效性，根据式(5)生成的干扰信号按照R D成像算法进行 干扰仿真。

设S A R工作于正侧视，其主要参数如表 1所示，S A R干扰机放置坐标为（0，10 000,0)，干 扰参数如表2所示，设置干信比为15 d B。

表1 S A R系统参数
Tab. 1The simulation experiment parameters
SA R参数名数值SA R参数名数值
信号载频/GHz10脉冲重率/Hz480
信号脉宽//U S20合成孔径长/m424.3
距离向带宽/MHz100载机速度/(m/s)200
方位向带宽/Hz400飞行高度/m10000
表2干扰实验参数
Tab. 2 The jamming experiment parameters
干扰参数名称符号
采样周期/_Ts
占空比Dr
距离向调制速度八m/s)V y
方位向调制速度/(m/s)
距离向调制加速度八m/s2)ay
方位向调制加速度/(m/s2)
3.1干扰参数的影响
1) 采样周期的影响
取 =0,ax=〇,vy=— 0.6 m/s,ay=—0. 15 m/s2，D r =10%，采样周期依次为T s=
4 Ms，8 Ms，16 Ms，进行仿真实验来分析采样周期对 干扰效果的影响。

图4为不同采样周期下的干扰图像，由2.2节 可知，当T s = 4 时，干扰峰值条带会出现在：y =
10 000 —7.5n，条带间间隔为 A：y= 7.5 m;当"Ts =
8 j k s时，干扰峰值条带会出现在：y = 10 000 —3.75n，条带间间隔为 A y = 3.75 m;当了s = 12 jus 时，干扰峰值条带会出现在：y = 10 〇〇〇—2.81n，条 带间间隔为A y= 2.81 m。

将图4(a)—4(c)实验结 果与上述理论值进行对比，除了因场景、假目标幅度 衰减和相邻条带假目标在距离分辨单元内等因素所 限，不便观察条带假目标的总个数外，实验结果与理 论分析结果吻合。

2)占空比的影响
vx = 0 ,ax = 0 ,vy =—0. 6 m/ s,ay =—0. 15 m/s2，T S = 8 jus,占空比依次为 = 10%，20%，30%，进行对比试验，结果如图5。

根据2.3节，当n jrD, = &jr(&为整数）时，a… = 0;々=0时，。

当占空比为10%时，第n=10左阶假目标无输出，中心假目标幅度较低，各阶假目标 幅度相差较小；当占空比为20%时，第n = 5&阶假 目标无输出，中心假目标幅度适中，各阶假目标幅度有一定起伏;当占空比为30%时，第n=阶假目
标无输出，中心假目标幅度较高，各阶假目标幅度相 差明显。

由图5(a)可以看出，n =±10级无目标输 出，且各阶条带强度均衡;图5(b)可以看出，n=±5级无目标输出，且各阶条带强度有一定差别；图5(a)可以看出，n =±3级无目标输出，且各阶条带 强度差别明显，能量主要集中在中心3阶处。

该仿真 结果与理论完全一致。

116
探测与控制学报
3)运动调制参数的影响
^vx = 0,ax = O ^V y = — 0. 6 m /s ?T s = 8 jits , _D r = 10 %，当〜=—0• 15，一 0♦ 3，一 0♦ 45 tn /s 2 时， 结果如图6(a ) — 6(c );再取= 0，& = 0，〜= —0. 15 m /s 2，T s = 8 p s ，D r = 10%，当距离向速度 = 0• 8,0, 一 0♦ 6 m /s 时，结果如图 6(d ) — 6(f )。

根据2. 2节式(22)可知，当a ，= 一 0• 15 m /s 2
时，展宽量= 21. 3 t n ;当〜=一 0. 3 m /s 2时，展 宽量&： =42. 6 t n ;当〜=一 〇• 45 m /s 2时，展宽量 &: = 64. 9 t n 。

由式(21)可知，当 ％ = 0♦ 8 t n /s 时，峰 值中心偏移位置=—40 m ;当％ = 0时，峰值中心 偏移位置工=〇 m ;当％ =—0. 6 m /s 时，峰值中心偏 移位置x = 30 tn 。

该仿真结果与理论分析相一致。

0^10-20 0 方位向/m (a ) T,=4 pa
-100-80-60^0-20 0 20 40 6080100
方位向/m
(b ) r,=8 fX 8
-100-80-60^10 -20 0 20 40 6080100
方位向/m
(c) r,=12 jis
_ 4不同来#周期下的干扰图像
Fig. 4 Jamming images with different sampling periods
x l 〇4
xlO4
xlO4
0.99
^ 0.995
I 0.98
0.98
i j
SS 5
J S 5
B 0M QM H I
| 0.995
^ a $9£ B ,：H
■ $
i s ； 1 ■
a：
i
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i .〇i H
1.015
1..D 15
B
________________________________________I
1.02
1.02 ■ ll
|
100-80-60 ^0-20 0 20 40 6080100
-100-80-60^10 -20 0 20 40 60 80100 -100 -80-60 ^t
0-20 0 20 40 608010
C
-100-80-60-40-20 0 20 40 6080100 方位向
/m
(a ) ^=10%
-100-80-60 ^40-20 0 20 40 60 80100方位向/m
(b ) 4=20%
00 -80-60^10-20 0 20 40 6080100 方位向
/m
(a ) 4=30%
Fig.!
图5
不同占空比下的干扰图像
Jamming images with different duty ratio
-100-80-60^10 -20 0 20 40 60 80100
方位向/m
(d) »y=0.8m/s
1.02 ■_________________
-100-«0-«) ^10-20 0 20 40 60 80100
方位向/m
(e ) vr=0
,02 ■
-100 -80 -60-40-20 0 20 40 6080100
方位向/m
(f ) t>y=-0.6 m /s
Fig.(图6不同运动调制参数下的干扰图像
Jamming images with different motion modulation parameters
周阳等：对合成孔径雷达的运动调制间歇采样干扰方法117
3.2 对目标的干扰遮蔽效果
现需保护六辆具有较强反射特性的装甲车，用 运动调制间歇采样干扰对S A R进行干扰。

按上述实 验参数进行仿真，干扰参数设置为％〇，心=0, vy = —0.85 v a/s^ay =—0♦ 15 m/s2，D r = 10%，T s =8，干扰干信比设置为15 d B。

遮蔽干扰仿 真效果如图7所示，可以看出，在干信比为15 dB 时，对装甲车能达到较好的遮盖效果，而对S A R噪 声干扰要达到相同的遮盖干扰效果，干信比要达到50 dB[6]〇
x lO x lO4
1000
800
^600
廳400
200
1.15 1.015
1.02
-100-80-60^10-200 204060 80100
方位向/m
(a)六辆装甲车成像图
-20 0 20 406080103
方位向/m
(b)干扰效果
说11
x l〇4防0.85一1〇〇
距离向距离/m方位向距离/m
(c)干扰三维显示
图7保护六辆装甲车干扰效果图
Fig. 7 The jamming images effect of shading six armored car
4结论
本文提出了对S A R的运动调制间歇采样干扰 方法，该方法先对截获的S A R倍号进行运动调制，再对其间歇采样后转发出去。

其干扰原理是利用运 动调制的S A R信导经成像处理后会产生方位向调 制效应，而苘歇采样转发可在距离向上产生周期延 拓的多假_标，者绾合可形成灵巧的遮蔽干扰效 果^仿真验证表明，该方法能够产生有效的遮蔽干 扰效果通过改变采样周期、占空比和运动调制参 数可使干扰能量散布在需要遮盖的目标上.从而提 高了干扰能量利用效率。

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