密集多假目标干扰对逆合成孔径雷达成像的影响分析

1密集多假目标干扰对逆合成孔径雷达成像的影响分析陆静1、2代庆利3(1.中国人民解放军63880部队，洛阳;2.信息综合控制国家重点实验室，成都；3．总装合肥军代室，合肥)摘要：逆合成孔径雷达(ISAR)是一种高性能的成像雷达，其工作机理和作战使用都与常规体制雷达有着很大的不同，本文在分析ISAR成像原理和基于DRFM技术的密集多假目标干扰原理的基础上，对密集多假目标干扰对ISAR的压制试验数据进行了分析，并对密集多假目标干扰对ISAR成像的影响进行了仿真计算。关键词：逆合成孔径雷达；DRFM；密集多假目标；干扰；成像1引言逆合成孔径雷达(ISAR)是一种二维成像雷达，它具有全天时、全天候、强散射性、高分辨率等优点。它是目标分类、辨识和战场上敌我识别以及精确制导强有力的手段，在未来防空和导弹防御系统中具有十分重要的作用，开展对其干扰技术的研究具有十分重大的现实意义。本文将从ISAR成像原理出发，重点研究密集多假目标干扰对ISAR成像的影响，并对干扰进行计算机仿真。2ISAR成像原理概述SAR是利用雷达运动产生的合成孔径进行成像，而ISAR则是指雷达不动，采用合成孔径雷达工作原理，对运动目标进行探测并进行纵向和横向二维成像的雷达，因雷达和目标的相对运动关系与SAR相反而得名。对于ISAR来说，空间目标通常可以看成是由很多个不同位置、不同反射系数的散射点构成，ISAR成像的目标就是以散射点模型为依据，对雷达回波进行相干积累，重建目标散射点的空间分布[1]。ISAR成像原理如图1所示。图1ISAR成像原理图雷达等距离面等多普勒面R0Oxy旋转目标2延时A/D正交调制器（下变频）RAMD/A正交解调器（上变频）干扰调制器数字信号处理与控制单元（DSP）数据控制DRFM控制输入输出为了成像，雷达必须有高的二维分辨率。ISAR的纵向距离分辨率2rc/B，它取决于信号带宽，高的纵向分辨率可通过发射宽频带的线性调频信号或者步进频率信号，然后采用脉冲压缩来实现。其横向分辨率2a/，它取决于雷达成像积累期间的目标旋转角度，旋转角度越大，能获得的横向分辨率就越高[2]。具体地说ISAR的横向高分辨率就是依靠空间目标与雷达之间的相对转动所产生的多普勒信息来实现的，因为距离转轴中心不同位置的散射点产生的多普勒信息不同，所以根据多普勒信息可以还原出散射点方位向的位置。ISAR就是通过相干处理估计出历次回波中各距离单元的不同多普勒信息，实现了横向的高分辨率。3对ISAR密集多假目标干扰分析3.1基于DRFM的密集多假目标干扰的原理基于DRFM技术的密集多假目标干扰原理如图2所示[3]：密集多假目标干扰也称之为相参干扰，因为它跟雷达信号是完全相参的，能够获得雷达信号处理的脉冲压缩得益以及脉冲积累得益。工作过程如下：首先通过正交调制器对接收的雷达信号进行下变频，经A/D转换后存储在存储器中，然后经D/A转换并解调后输出与雷达信号相参的干扰信号，最后进行多普勒调制和高密度复制发射出去。高密度复制使得产生的干扰信号能覆盖到几乎所有的距离单元，以掩护战略导弹；多普勒调制使干扰信号具有“运动”特性，不会在雷达MTD等处理过程中被消除或削弱。图2基于DRFM的密集多假目标干扰原理框图3.2密集多假目标干扰对ISAR的压制作用ISAR通常采用双脉冲工作方式，用窄频带脉冲对目标进行跟踪，获取目标精确的航迹数据，使雷达始终处于跟踪目标的状态；宽频带脉冲可获得好高的距离分辨力，用于成像。在ISAR搜索、跟踪阶段，雷达只发射窄频带信号，干扰机收到雷达的线性调频脉压信号如图3（a）所示，经高密度复制后的假目标信号如图3（b）所示，雷达接收到假目标信号后进行脉冲压缩处理，将宽脉冲压缩成窄脉冲，此时形成的假目标如图3（c）所示[4]。密集多假目标干扰的密集度由干扰机复制脉冲之间的延时大小决定。复制脉冲之间的延时越小，假目标信号在时域上叠加越严重，真目标越不容易暴露；反之，假目标间隔越大（延时越大），真目标出现在假目标间隔之间的概率较大，真目标就很容易暴露。3同时，随着密集度的增大，雷达恒虚警（CFAR）检测门限被相应抬高，导致真、假目标回波始终处于雷达检测门限以下而都无法被雷达检测到，雷达显示器上既没有真目标，也没有假目标，如图4（b）所示。图4为不同干扰密集度下的密集多假目标干扰在某雷达P显上的效果图。图3对ISAR窄频带信号的密集多假目标干扰时域波形图（a）假目标间距1500m（延时10s）（b）假目标间距800m（延时5.3s）图4密集多假目标干扰在雷达P显上的效果图3.3密集多假目标干扰对ISAR成像的影响分析飞机目标的大小取60m60m，干扰假目标间距分别取15m、7.5m，得到不同信噪（干）比情况下多假目标干扰对ISAR二维成像的仿真结果。图中，信号与干扰的功率是以平均功率为基准进行仿真计算的。t（a）干扰机收到的雷达信号……t（b）转发的密集多假目标干扰信号……t（c）雷达对密集多假目标干扰信号脉压后的结果……SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB501001502002502040604（a）假目标间距15m（b）假目标间距7.5m图5对ISAR实施密集多假目标干扰的仿真二维成像结果从图5中我们可以看出，由于密集多假目标干扰是相参干扰，干扰的效果表较明显，可见由于干扰点也获得了逆合成孔径雷达二维相关处理的增益，使得在很小的干扰功率，干扰点就有和原图像相近似的亮度；在假目标间距为15m情况下，在SNR=6dB时，原图像还可以看出来，-6dB时原图像完全消失了，而在假目标间距为7.5m情况下，在SNR=6dB时原图像已经完全看不出来了，即随着假目标间距的减小，相同信噪（干）比下的密集多假目标干扰后的成像质量明显变差。4结束语基于DRFM技术的密集多假目标干扰是近十几年来国内外学者感兴趣的一个热门研究领域，由于其需要的干扰功率小，目前已在机载干扰设备尤其是无人机载干扰设备中广泛采用。然而由于ISAR发射的是大宽带线性调频信号，瞬时带宽很宽，已达GHz量级，在对ISAR进行密集多假目标干扰时，还要充分考虑信号的功率、带宽以及DRFM的存储能力等因素。参考文献：[1]张明友，汪学刚.雷达系统（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2006.[2]王小谟，张光义.雷达与探测（第2版）-信息化战争的火眼金睛[M].北京：国防工业出版社，2008.[3]张玉芳.基于DRFM的雷达干扰技术研究[D].西安电子科技大学，2005：18-22[4]李宏，郑光勇，杨英科.数字射频存储多假目标干扰性能分析[J].舰船电子对抗2009，第32期增刊：53-57SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060SNR:12dB50100150200250204060SNR:9dB50100150200250204060SNR:6dB50100150200250204060SNR:3dB50100150200250204060SNR:0dB50100150200250204060SNR:-3dB50100150200250204060SNR:-6dB50100150200250204060SNR:-9dB50100150200250204060SNR:-12dB50100150200250204060