张静克，戚宗锋，胡明明，曾勇虎，汪连栋

(电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南 洛阳 471000 )

0 引言

具有全天时、全天候以及高处理增益等工作特点的合成孔径雷达(SAR)是当前军事领域应用最为广泛的侦察手段之一[1-3]，相应地，对SAR干扰技术也成为雷达对抗领域的关注重点。SAR干扰可分为压制干扰和欺骗干扰，其中欺骗干扰极具迷惑性，难以被SAR察觉，一直是业界研究的热点。基于数字射频存储器(DRFM)的相干转发干扰是现阶段应用最为广泛的欺骗干扰[4-7]，该类干扰通过DRFM接收并存储雷达信号，然后对信号进行相应的延时、相位调制、复制叠加等变化再转发到雷达，不仅可以生成逼真的假目标，而且能够可以获得相当的处理增益。然而由于该类干扰若在当前脉冲重复周期内进行转发，只能形成滞后的假目标，易被雷达通过脉冲前沿跟踪技术识别，因此通常是在下一个脉冲来临时转发基于当前脉冲形成的干扰信号。针对这一缺陷，文献[8～9]提出了基于调频斜率极性捷变SAR(CRPJ-SAR)的抗欺骗干扰方法，其基本原理是通过在相邻脉冲发射调频斜率极性相反的LFM信号，使得传统的基于DRFM的欺骗干扰信号与当前雷达匹配滤波器失配，从而实现对欺骗干扰的抑制。

目前关于CRPJ-SAR干扰的研究较少。文献[10～11]分别分析了间歇采样和欠采样转发干扰对调频斜率极性捷变SAR的干扰效果，证明间歇采样和欠采样转发干扰不仅能够在CRPJ-SAR中形成沿距离向等间隔分布的导前和滞后的点假目标，而且能够在方位向形成三个等间隔分布的假目标，假目标的幅度和分布由采样参数决定。

然而真实目标多为分布式目标，其图像表现为多个强散射点的集合，这就意味着单纯的间歇采样或欠采样转发干扰难以实现对CRPJ-SAR的欺骗干扰，需要附加目标散射信息的调制才能够实现真正意义上的欺骗干扰。由于CRPJ-SAR干扰时效性的要求，基于卷积调制的传统SAR欺骗干扰方法并不适用，而散射波干扰[12-13]作为一种极具特色的干扰手段，其通过目标散射完成干扰信号的散射特性调制而无需干扰机进行实时调制，显然能够满足CRPJ-SAR干扰即时性的要求。基于此，本文将间歇采样转发干扰和散射波干扰有机结合，充分发挥两者的优势，研究对CRPJ-SAR间歇采样散射波转发干扰。

1 间歇采样散射波转发干扰机理

1.1 间歇采样散射波转发干扰信号模型

以机载正侧视CRPJ-SAR为例，其发射信号可表示为：

s(τ,η)=Tp-1/2rect(τ/Tp)exp(j2πfct+jπkr(η)τ2)

(1)

式中，τ表示SAR距离向快时间；η=mT(m为整数)为方位向慢时间；T为脉冲重复周期；t=η+τ为全时间；Tp为脉冲宽度；fc表示发射信号的载频；kr(η)=α(η)kr表示η时刻发射脉冲的调频斜率，其中kr为调频斜率绝对值，α(η)∈{1,-1}为脉冲调频斜率的极性，其取值在相邻脉冲间是相反的。

间歇采样散射波干扰几何示意图如图 1所示，SAR平台以正侧视模式沿直线匀速运动，速度记为Va。以SAR波束中心穿过干扰机时刻为方位向零时刻，以此时刻SAR平台在地面的投影为坐标原点，平行于运动方向为X轴，垂直向上方向为Z轴，建立左手坐标系。SAR到干扰机的最小斜距记为RJ，SAR到散射目标的最小斜距记为RT，干扰机到散射目标的斜距记为rJT，散射目标的方位向坐标为xT，散射强度为σ(xT,RT)。

间歇采样散射波转发干扰的实施方式为：干扰机对截获的SAR信号进行间歇采样，同时将采样信号转发至散射目标，SAR接收到散射目标的反射信号形成干扰信号。由图 1所示SAR平台、干扰机以及散射目标的相对位置可得干扰信号的距离历程为：

RJT(η)=RJ(η) +RT(η) +rJT

(2)

以p(t)表示间歇采样信号，则SAR接收到的基带干扰信号可表示为：

J(τ,η)=σ(xT,RT)p(t-τj(η))s0(τ-τd(η),η)

(3)

式中，σ(xT,RT)表示目标的散射强度；τj(η)=RJT(η)/c；τd(η)=τj(η)+τs表示干扰信号总的时延，τs为干扰机的系统延迟，通常忽略不计。由文献[10]可知修正后的间歇采样信号模型为：

p(t)=

(4)

1.2 间歇采样散射波转发干扰成像结果

对式所示间歇采样散射波转发干扰信号进行距离向匹配滤波以及距离徙动校正，参考文献[10]可得：

(5)

式中，fs=1/Ts为间歇采样周期，K=fix(Br/(2fs))，x(η)=rect(η/TL)exp(-j2πRJT(η)/c)，τ0=(RJ+RT+rJT)/c，An(τ,η)=an(1-|τ-τ0|/Tp)sinc(Br(τ-τ0+nfs/kr(η))) ，an=asinc(na)，Δt为间歇采样时间因子。

令Ani(τ)=an(1-|τ-τ0|/Tp)sinc(Br(τ-τ0+(-1)infs/kr))，间歇采样散射波转发干扰信号可进一步表示为：

(6)

对式(5)进行傅里叶变换可得：

(-1)l(fa/2-Ba/4))/(Ba/2)Yi(τ,fη-(-1)lfa/2)

(7)

(8)

cos(jπnfs(τ+ 2Δt-τ0)) + 2-1σ(xT,RT)·

(9)

2 间歇采样散射波转发干扰效果分析

由式(9)可知，间歇采样散射波转发干扰形成的假目标的位置为：

rn=(RJ+RT+rJT)/2-cnfs/(kr2)

(10)

相邻假目标的距离向间隔为Δr=cfs/2kr，与采样频率成正比。若散射目标成像后的距离向范围为ΔR，当Δr≤ΔR时，不同阶假目标会重叠在一起。

当n=0时，在r0处只有一个假目标，且其方位向为RJxT/((RJ+RT)Va)；当n≠0时，在rn处有三个沿着方位向分布的假目标，方位向位置为：

(11)

由式(11)可知，当RJ与RT相差不大时，第n阶主假目标的方位向位置近似位于干扰机和真实目标的中间位置。若散射目标的方位向范围为Δx，则间歇采样散射波转发干扰形成的各阶主、次假目标的方位向范围近似为Δx/2。

由式(9)以及文献[10]可得第n阶主、次假目标的幅度分别为：

(12)

(13)

可以看出，幅度受到相位项2πnfsΔt-π(nfs)2/kr影响，这就意味间歇采样散射波转发干扰形成的假目标的能量分布很复杂。

3 仿真分析与验证

本节基于美国Sandia国家实验室的MiniSAR切片图像数据，仿真验证间歇采样散射波转发干扰对CPRJ-SAR的干扰效果。仿真方法是将MiniSAR图像数据作为目标场景的散射系数，然后按照CRPJ-SAR信号采集以及间歇采样散射波转发干扰的实施过程进行回波模拟，最后再进行SAR成像处理。SAR系统参数如表 1所示。成像场景的距离向范围为[7650 m，8350 m]，方位向范围为[-200 m，200 m]。无干扰时的CPRJ-SAR成像结果如图 2 (a)所示，其中红框内区域设定为散射区域，其距离向范围为[7975 m，8025 m]，方位向范围为[-42 m，42 m]。散射区域内有一个形似坦克的分布式目标，其放大图像如图 2 (b)所示。设定干扰机位置为(0 m，7800 m)，验证间歇采样散射波转发干扰的干扰效果。

表1 SAR系统参数

图4 不同间歇采样周期对间歇采样散射波转发干扰效果的影响

考虑到间歇采样转发干扰在CPRJ-SAR形成的假目标能量的分布较为分散，干信比设置为10 dB。设定间歇采样信号周期Ts=0.1 μs，占空比a=0.4，则fs=10 MHz，N=50，Δt=(2-a)Ts/2=0.8Ts，忽略目标散射特性随视角变化的影响，间歇采样散射波转发干扰的CPRJ-SAR成像结果如图 3(a)所示。由图 3(a)可以看出间歇采样散射波转发干扰在CPRJ-SAR中形成多个虚假分布式目标，其中零阶假目标与真实目标混叠在一起。占空比为0.4，其中±5阶假目标无输出，各虚假目标的距离向间隔为50 m，方位向间隔为90 m，均与理论值吻合。与常规SAR不同，假目标幅度受到相位项2πnfsΔt-π(nfs)2/kr的影响，导致其对称阶假目标的幅度不相等，而呈现出无规律的随机分布，增加了干扰的复杂性。为了更好地观察和分析虚假目标的特性，图 3(b)给出了只存在干扰时的零阶虚假目标的放大图，与图 2(b)所示真实目标相比，干扰存在一定的散焦和模糊，这也是散射波干扰的固有缺陷，而且虚假分布式目标的方位向范围近似缩小了一半，这与理论分析一致。

图3 间歇采样散射波转发干扰CPRJ-SAR成像结果(Ts=0.1 μs)

由于间歇采样散射波转发干扰形成的虚假目标的间隔由间歇采样周期决定，当间歇采样参数选取不合理时，虚假目标会混叠在一起，导致欺骗效果变差，甚至恶化为压制干扰。取间歇采样信号周期分别为0.05 μs、0.2 μs和0.4 μs，占空比均为a=0.4，则对应频率分别为20 MHz、5 MHz和2.5 MHz，相应的假目标距离向间隔分别为100 m、25 m、12.5 m，干扰的成像结果如图 4所示。由图 4可以看出随着采样周期的增大，虚假目标的距离向间隔变小。当距离向间隔小于虚假目标距离向范围时(如图 4(b)和(c)所示)，相邻阶虚假目标将会混叠在一起，欺骗效果变差，因此在实施间歇采样散射波干扰时应根据散射区域的范围选择合适的间歇采样参数。

4 结束语

本文研究了间歇采样转发散射波干扰对CRPJ-SAR的干扰效果。研究结果表明间歇采样散射波转发干扰充分结合了间歇采样转发干扰和散射波干扰的优势，能够在CRPJ-SAR中生成多个携带真实目标散射特性且分布有规律的虚假分布式目标，可实现对CRPJ-SAR的欺骗干扰。同时，由于假目标的个数较多，能量分布较为分散，因此在对CRPJ-SAR实施间歇采样转发散射波干扰时需适当提高干扰机的发射功率，以获取更好的干扰效果。■