基于間歇采樣的SAR盲移頻干擾研究

陳?濤，陳迪霞，代?亮

基于間歇采樣的SAR盲移頻干擾研究

陳?濤，陳迪霞，代?亮

(哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

針對傳統(tǒng)的移頻干擾無法對抗調(diào)頻斜率捷變合成孔徑雷達(dá)(SAR)，而盲移頻干擾由于采用全脈沖處理方式生成干擾信號，其在實際工程應(yīng)用中面臨收發(fā)同時帶來的收發(fā)隔離問題；同時基于天線收發(fā)分時工作體制的間歇采樣干擾存在干擾主峰始終滯后于真實雷達(dá)目標(biāo)的問題，提出了基于間歇采樣的SAR盲移頻干擾．首先將SAR雷達(dá)信號進(jìn)行間歇采樣，其次將間歇采樣信號分為兩路，分別對兩路信號進(jìn)行頻譜擴(kuò)展，然后通過共軛相乘操作實現(xiàn)頻譜壓縮得到基于間歇采樣的盲移頻干擾信號．從間歇采樣干擾出發(fā)，給出了對SAR間歇采樣信號進(jìn)行盲移頻處理的干擾原理，建立了基于間歇采樣形式的SAR盲移頻干擾信號的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步分析了進(jìn)行盲移頻處理后的間歇采樣信號的干擾性能．理論分析和仿真實驗證明，該干擾方法不需要提前獲取雷達(dá)信號參數(shù)，能夠通過調(diào)整盲移頻干擾中頻譜擴(kuò)展階數(shù)和延遲時間來調(diào)整間歇采樣干擾產(chǎn)生的干擾主峰位置，使間歇采樣干擾主峰超前于真實雷達(dá)目標(biāo)，并且該干擾方法產(chǎn)生的干擾主峰保留了盲移頻干擾的特點，干擾主峰的距離向位置不隨雷達(dá)信號調(diào)頻斜率的變化而改變，能夠有效對抗調(diào)頻斜率捷變SAR信號．

合成孔徑雷達(dá)；調(diào)頻斜率捷變；盲移頻；間歇采樣

隨著SAR在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用，針對SAR的干擾技術(shù)成為電子對抗領(lǐng)域的研究熱點．作為一種寬帶雷達(dá)系統(tǒng)，針對SAR的干擾方法可以分為壓制式干擾和欺騙式干擾；對SAR實施壓制式干擾需要較大的發(fā)射功率，而欺騙式干擾能夠產(chǎn)生與回波信號相似的假目標(biāo)，在一些場景下具有更強(qiáng)的軍事意義[1]．

數(shù)字射頻存儲器技術(shù)為實施SAR欺騙式干擾提供了一種新思路，基于數(shù)字射頻存儲器的相干轉(zhuǎn)發(fā)式干擾能夠高保真采樣雷達(dá)信號，形成逼真的假目標(biāo)，在SAR接收機(jī)中獲得脈壓增益[2-4]．然而，在全收全發(fā)模式的干擾機(jī)中，收發(fā)天線同時工作帶來的收發(fā)隔離問題，在工程實現(xiàn)上存在著很大的挑戰(zhàn)，甚至無法克服．同時，隨著新體制SAR的發(fā)展，以波形捷變SAR(本文主要指調(diào)頻斜率捷變)為代表的SAR抗干擾技術(shù)得到了迅速發(fā)展，基于數(shù)字射頻存儲器的全脈沖轉(zhuǎn)發(fā)干擾難以對抗波形捷變SAR．楊偉宏等[5]提出一種針對波形捷變SAR的間歇采樣調(diào)制干擾，為對抗波形捷變SAR提供了新途徑．基于天線收發(fā)分時體制的間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾能有效解決收發(fā)隔離問題，在一個脈沖周期內(nèi)多次對雷達(dá)信號進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)發(fā)，能夠有效對抗波形捷變SAR；然而，間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號主峰總是滯后于真實雷達(dá)目標(biāo)[6-9]．

針對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號主峰總是滯后于真實雷達(dá)目標(biāo)的問題，目前比較典型的方法為移頻處理；然而，傳統(tǒng)的移頻處理無法有效對抗波形捷變SAR信號．針對該問題，房明星等[10]提出一種基于頻譜擴(kuò)展的SAR盲移頻干擾方法，為對抗波形捷變SAR提供了一種新思路．盲移頻利用線性調(diào)頻信號的時延-頻移耦合特性，通過對兩路頻譜擴(kuò)展信號相乘實現(xiàn)頻譜壓縮產(chǎn)生干擾信號[11-12]，能夠產(chǎn)生超前或滯后真實雷達(dá)目標(biāo)的假目標(biāo)，且產(chǎn)生的假目標(biāo)偏移距離不受調(diào)頻斜率捷變的影響，能夠有效對抗波形捷變SAR．

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，針對波形捷變SAR的干擾方法大多圍繞上述兩種手段展開，考慮到兩者各自的優(yōu)勢所在，因此提出基于間歇采樣的盲移頻干擾方法．針對此方法，云熙[13]從對消的角度初步給出了一個間歇采樣周期內(nèi)的干擾模型．

本文通過引入盲移頻算法，可將間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾產(chǎn)生的干擾主峰相對真實目標(biāo)前移固定距離，且隨著調(diào)頻斜率的變化，該偏移距離不變，能夠在方位向進(jìn)行脈沖積累，從而達(dá)到有效對抗波形捷變SAR的目的．

1?干擾原理

1.1?間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型

間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾指的是：干擾機(jī)接收到雷達(dá)信號后，高保真采樣其中一小段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，然后再繼續(xù)采樣繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，如此交替工作直至大時寬信號結(jié)束．間歇采樣信號的時序圖如圖1所示．

圖1?間歇采樣信號時序圖

不失一般性，假設(shè)距離向間歇采樣信號的表達(dá)?式為

以機(jī)載正側(cè)視SAR為例，假設(shè)SAR發(fā)射的線性調(diào)頻信號表達(dá)式為

根據(jù)菲涅爾近似公式，SAR平臺與干擾機(jī)之間的瞬時斜距為

干擾機(jī)接收到雷達(dá)信號后，經(jīng)理想下變頻得

將干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號與間歇采樣脈沖串相乘，得到間歇采樣信號為

考慮系統(tǒng)固有時延與轉(zhuǎn)發(fā)時延，干擾機(jī)發(fā)射信號為

SAR接收機(jī)接收到干擾信號后，經(jīng)下變頻得

經(jīng)過匹配濾波得

針對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾主假目標(biāo)始終滯后于真實目標(biāo)的問題，考慮對間歇采樣干擾信號進(jìn)行移頻處理．由于傳統(tǒng)移頻干擾在對抗調(diào)頻斜率捷變SAR時，無法在方位向進(jìn)行脈沖積累，從而導(dǎo)致干擾失效，因此考慮對間歇采樣干擾信號進(jìn)行基于頻譜擴(kuò)展-壓縮的盲移頻處理．

1.2?盲移頻干擾模型

圖2?盲移頻干擾信號產(chǎn)生流程

將式(10)展開得

于是SAR接收到的基于間歇采樣的盲移頻信號可以表示為

經(jīng)過距離向匹配濾波及距離徙動校正得

2?干擾性能分析

要想主假目標(biāo)(0 階假目標(biāo))超前真實雷達(dá)目標(biāo)，應(yīng)有

3?仿真分析

3.1?盲移頻干擾仿真

為了驗證盲移頻干擾方法不受調(diào)頻斜率捷變的影響，將盲移頻干擾與傳統(tǒng)移頻干擾方法做對比，仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示．

表1?仿真參數(shù)

Tab.1?Simulation parameters

圖3?不同調(diào)頻斜率下盲移頻與傳統(tǒng)移頻干擾對比

3.2?間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真

仿真參數(shù)設(shè)置與表1一致，考慮系統(tǒng)固有時延與轉(zhuǎn)發(fā)時延，進(jìn)行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真，分別取距離向切片以及二維成像局部放大，干擾仿真結(jié)果如圖4所示．

圖4(a)中，黑線對應(yīng)的是真實點目標(biāo)的距離向切片，紅線對應(yīng)的是間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾的距離向切片．可以發(fā)現(xiàn)，對SAR進(jìn)行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾會在雷達(dá)目標(biāo)前后形成幅度由中心逐漸向兩側(cè)衰減的假目標(biāo)串，干擾信號幅度最大的主峰即為0階假目標(biāo)，其位置滯后于真實目標(biāo)的位置．由此，仿真實驗與理論分析得到的結(jié)論一致，由于系統(tǒng)固有時延與轉(zhuǎn)發(fā)時延的存在，對SAR進(jìn)行間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾生成的主假目標(biāo)始終滯后于真實點目標(biāo)，這個弊端會導(dǎo)致干擾效果變差．

圖4?間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾仿真結(jié)果

3.3?基于間歇采樣的盲移頻干擾仿真

圖5(a)中，黑線對應(yīng)的是真實點目標(biāo)距離向切片，紅線對應(yīng)的是基于間歇采樣的盲移頻干擾距離向切片．對比圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，對SAR進(jìn)行基于間歇采樣的盲移頻干擾后，干擾信號主峰相對間歇采樣轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號主峰位置在距離向產(chǎn)生偏移．

圖5?基于間歇采樣的盲移頻干擾仿真結(jié)果

3.4?基于間歇采樣的盲移頻干擾性能分析

3.5?基于間歇采樣的盲移頻干擾面目標(biāo)仿真

仿真參數(shù)與第3.3節(jié)保持一致，為使二維成像圖效果更易于觀察，進(jìn)行基于間歇采樣的盲移頻干擾面目標(biāo)仿真實驗，取局部放大，干擾仿真效果如圖7所示．

圖7中，左側(cè)飛機(jī)為真實雷達(dá)目標(biāo)，右側(cè)為基于間歇采樣的盲移頻干擾產(chǎn)生的假目標(biāo)．觀察兩者距離向位置，可以發(fā)現(xiàn)基于間歇采樣的盲移頻干擾產(chǎn)生的主假目標(biāo)在距離向超前于真實雷達(dá)目標(biāo)，與上文仿真實驗得到的結(jié)果一致．

圖6?不同調(diào)頻斜率下的干擾仿真結(jié)果

圖7?基于間歇采樣的盲移頻干擾面目標(biāo)仿真結(jié)果

4?結(jié)?語

本文將基于收發(fā)天線分時工作的間歇采樣干擾處理方法引入到SAR盲移頻干擾中，既解決了間歇采樣干擾生成的干擾主峰始終滯后于真實雷達(dá)目標(biāo)的問題，又解決了盲移頻干擾中全脈沖收發(fā)帶來的收發(fā)隔離問題．通過將間歇采樣干擾與盲移頻干擾結(jié)合起來引入到SAR干擾中，能夠通過控制間歇采樣干擾參數(shù)與盲移頻干擾參數(shù)，生成超前于真實雷達(dá)目標(biāo)的干擾主峰，且干擾主峰的位置不隨著SAR信號調(diào)頻斜率的變化而變化，能夠有效對抗調(diào)頻斜率捷變SAR，在方位向上獲得相干脈沖積累增益，從而實現(xiàn)有效干擾．

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Yun Xi. Research on SAR Deception Jamming Based on Intermittent-Sampling Repeater Jamming[D]. Harbin：School of Information and Communication Engineer-ing，Harbin Engineering University，2018(in Chinese).

Research on Blind Shift-Frequency Jamming Based on Intermittent Sampling Against SAR

Chen Tao，Chen Dixia，Dai Liang

(School of Information and Communication Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China)

Traditional frequency-shifted jamming is invalid for frequency modulation(FM)slope jittered synthetic aperture radar(SAR)，and the blind shift-frequency jamming faces the challenge of transmitter-receiver isolation in practical engineering applications since the jamming signal is generated from a full pulse. Meanwhile，intermittent sampling jamming under the transceiver time-sharing system of the jammer’s antennas faces the problem of the main peak always lagging behind the real targets；thus，a novel method of blind shift-frequency jamming based on intermittent sampling is proposed. Firstly，sampling the signal of SAR，and dividing it into two channels，the spectra of two channel intermittent sampling signals were expanded. Then，the spectrum was compressed using a conjugate multiplication operation to obtain the jamming signal. First，the interference principle of generating jamming signal is introduced. Next，a mathematical model of blind shift-frequency jamming based on intermittent sampling is established. Finally，the performance of the proposed method is analyzed. Theoretical analysis and simulation results demonstrate that the main false target position in the range direction generated by intermittent sampling jamming can be calibrated by adjusting the spectrum expansion order and delay timethrough which it can produce a fronted main false target，and obtaining the parameters of SAR ahead of time is not required. Moreover，the main peak generated through the proposed method retain the charateristics of blind shift-frequency jamming，and its position does not change by the FM slope，which is valid for the FM slope jittered SAR.

synthetic aperture radar；frequency modulation slope jittered；blind shift-frequency；intermittent sampling

10.11784/tdxbz202112031

TN974

A

0493-2137(2023)02-0207-07

2021-12-19；

2022-04-28.

陳?濤（1974—??），男，博士，教授.

陳?濤，chentao@hrbeu.edu.cn.

國防科技基礎(chǔ)加強(qiáng)計劃資助項目(2019-JCJQ-ZD-067-00)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金資助項目(30722022CF0802).

Supported by the National Defense Science and Technology Foundation Enhancement Program Funding(No.2019-JCJQ-ZD-067-00)，the Fundamental Research Funds for the Central Universities(No.30722022CF0802).

(責(zé)任編輯：孫立華)