（信号与信息处理专业论文）基于信号波形设计的sar抗干扰技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 摘要 合成孔径雷达( s a r ) 是二战后发展起来的一种新的雷达技术，具有全天候、 全天时、远距离、高分辨成像的能力，在军事和民用方面都有重要的应用价值， 是雷达领域研究的热点，s a r 干扰和抗干扰是最近几年开始研究的热点。这方面 的研究都是各国的军事秘密，因此相关报道的很少。本文主要针对s a r 抗干扰方 面进行了研究。 第一章，主要介绍s a r 的发展和工作原理，干扰和抗干扰的发展研究现状以 及几种干扰和抗干扰方法的对比，得出一个结论现有的抗干扰方法对场景散射欺 骗干扰的抑制效果不明显。 第二章，针对合成孔径雷达难以抑制场景散射欺骗干扰的问题，对随机初相 和调频率极性捷变相结合的抗干扰方法进行了分析。使干扰信号无法充分获得 s a r 处理器在距离向和方位向的压缩增益，提高了信干比：随机初相的抗干扰效 果与一个合成孔径内取样点数有关，取样点越多，抗干扰效果越好；限幅可以大 大的改善调频率极性捷变的抗干扰效果。仿真验证了该方法良好的抗干扰性能。 第三章，针对合成孔径雷达难于侦获主瓣干扰源和无法抑制场景散射欺骗干 扰的问题，对正交编码捷变和随机初相结合的抗干扰方法进行了分析。通过在相 邻慢时刻采用相互正交的脉冲编码信号，使得基于转发的干扰无法获得距离向的 匹配压缩增益，同时在每个慢时刻使用随机产生的初始相位，使得干扰信号无法 进行方位向聚焦，从而提高了信干比：在不可预知干扰所采用哪个脉冲参数对当 前s a p , 进行干扰时，它仍可起到很好的抗干扰效果，且抗干扰效果和正交编码的 个数有关，码的个数越多抗干扰效果越好。仿真验证了该方法良好的抗干扰性能。 第四章，针对合成孔径雷达难以抑制场景散射欺骗干扰的问题，提出了一种 基于方位向上叠3 n - - 次初相的抗干扰方法，同时结合调频率极性捷变和正交编码 捷变抗干扰方法，进一步提高了s a r 的抗干扰能力。三次初相的抗干扰方法最终 采用的是调频率极性捷变的抗干扰思路，它同样可以与限幅相结合达到良好的抗 干扰效果。仿真验证了该方法良好的抗干扰性能。 总结，对全文进行结论性总结。 主题词：合成孔径雷达，抗干扰，随机相位，调频率极性捷变，正交编码捷 变，三次相位。 第i 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 a b s t r a c t s y n t h e t i ca p e r t u r er a ( 1 a r ( s a r ) i sak i n do fn e wi m a g i n g 期d a r h i g h - r e s o l u t i o n r a d a ri m a g ec a nb eo b t a i n e db yu s i n gs a ru n d e ra l lw e a t h e r , d a ya n d n i g h ta n dl o n g d i s t a n c ec o n d i t i o n s i th a sh i g hv a l u ei nm i l i t a r ya n dc i v i la p p l i c a t i o n s i ti sar e s e a r c h e m p h a s i so fs a r t h ej a m m i n ga n da n t i - j a m 血go fs a ri sah o t s p o to ft h er e s e a r c h o fs a ri nt h el a t e s ty e a r s t h er e s e a r c hi st h em a r t i a lm y s t e r yo fe v e r yc o u n t r y ，s ot h e c o r r e l a t i v en e w si sv e r yl a c k i nt h i sp a p e r ，ir e s e a r c ht h ea n t i - j a m l h l go fs a i l c h a p1 ，i n t r o d u c et h ed e v e l o p m e n ta n dt h e o r yo fs a p , , a n dt h ej a m m i n ga n d a n t i - j a m m i n ga tp r e s e n t a n a l y z et h em e a l so fs o m ej a m m i n ga n da n t i - j a m m i n g c o n c l u d e st h a tt h ea n t i - j a m m i n gm e t h o d sa r cd i s a b i l i t yo fs u p p r e s st e r r a i ns c a t t e r e d j a m m i n g c h a p2 ，t os u p p r e s st h et e r r a i ns c a t t e r e dj a m m i n gf o rs a r , a n a l y z et h e a n t i - j a m m i n gm e t h o do fr a n d o mi n i t i a lp h a s ea n dp o l a r i t yo fc h i r pr a t ej i t t e r e do ft h e t r a n s m i t t e dl f mp u l s e s t h eo u t p u ts i g n a l - t o - j a m m i n gr a t i oi se n h a n c e db ym a k i n gt h e j a m m i n gn o tg e ta l lt h eg a i n so fr a n g ea n da z i m u t hm a t c h i n gf l i e r s t h ea m o u n to f s a m p l i n gi sm o r ea n da n t i - j a m m i n gp e r f o r m a n c ei s w e l li nas y n t h e t i c 雒圮r t u 坞 s i m u l a t i o nr e s u l t st e s t i f yt h ea n t i - j 蛐gp e r f o r m a n c eo f t h i sm e t h o d c h a p3 ，c o r r e s p o n d i n gt ot h es a r t og e tt h ei n f o r m a t i o no fm a i nl o b ej a m m i n g a n ds u p p r e s st e r r a i ns c a t t e r e dj a m m i n g ，a n a l y z et h e a n t i - j a m m i n gm e t h o db a s e do n j i t t e r i n go r t h o g o n a lc o d e sa n dr a n d o mi n i t i a lp h a s e o r t h o g o n a lp u l s ec o d ea tn e i g h b o r s l o w - m o m e n tl e a d st od i s a b i l i t yo fj a m m i n gt og e tc o h e r e n tm a t c hf i l t e r i n gg a i no f r a n g ed i r e c t i o n , a tt h es a m et i m e ，r a n d o mi n i t i a lp h a s ea te a c hs l o w - m o m e n tl e a d st o d i s a b i l i t yo f j a m m i n gt of i n i s ha z i m u t hm a t c hf i l t e r i n g t h ec o d ea m o u n ti sm o r ea n d a n t i - j a m m i n gp e r f o r m a n c ei sw e l l e x p e r i m e n tt e s t i f i e st h ea b i l i t yo ft h i sm e t h o dt o s u p p r e s s j a m m i n gf r o mt h ed i r e c t i o n so f r a n g ea n da z i m u t h c h a p4 ，t os u p p r e s st h et e r r a i ns c a t t e r e dj a m m i n gf o rs a 艮aa n t i - j a m m i n g m e t h o db y a n n e x i n gi n i t i a lc u b e - p h a s e i s p r o p o s e d t h i sp a p e rp r o p o s e st h e a n t i - j a m m i n gm e t h o db a s e do nj i t t e r i n go r t h o g o n a lc o d e sa n di n i t i a lc u b e - p h a s e ， p o l a r i t yo fc h i r pr a t ej i t t e r e da n di n i t i a lc u b e - p h a s e s i m u l a t i o nr e s u l t st e s t i f yt h e a n t i - j a m m i n gp e r f o r m a n c eo ft h i sm e t h o d s u m m a r i z a t i o n , s u m m a r i z et h i sp a p e r k e yw o r d s ：s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ，a n t i - j a m m i n g ，r a n d o mi n i t i a lp h a s e ， p o l a r i t yo fc h i r pr a t ej i t t e r e d ，o r t h o g o n a lc o d ej i t t e r e d ，c u b e p h a s e 第i i 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 图目录 图2 1 1 分别取1 5 0 、6 0 0 和1 5 0 0 点成像( 干信比1 4 d b 的随机初相法) 1 8 图2 1 2 原始图像图2 1 3 干扰信号1 9 图2 1 4 加入r c s 更强的干扰回波图1 9 图2 1 5 随机初相法一千信比为1 4 d b 的结果1 9 图2 1 6 随机初相法一千信比为2 0 d b 的结果2 0 图2 2 1 调频率捷变法一千信比为2 0 d b 时2 3 图2 2 2 调频率捷变法一干信比为2 6 d b 时2 3 图2 2 3 捷变调频率极性方法的抗干扰流程。2 5 图2 2 4 调频率捷变法( 限幅) 干信比为4 6 d b 时- 2 5 图2 2 5 调频率捷变法( 限幅) 干信比为5 4 d b 时2 6 图2 2 6 干信比为5 4 d b 但距离向采样频率降为原来的1 4 2 6 图2 3 1 随机初相和调频率捷变结合一干信比为2 6 d b 2 7 图2 3 2 随机初相和调频率捷变结合一干信比为4 0 d b 2 7 图2 3 3 随机初相和调频率捷变结合一千信比为4 6 d b 2 7 图2 3 4 随机初相、调频率捷变和限幅结合一千信比为5 4 d b 。2 8 图2 3 5 随机初相、调频率捷变和限幅结合干信比为6 0 d b 2 8 图2 3 6 当抗干扰使用调频率极性随机变化时2 9 图3 1 1 二相编码信号波形3 2 图3 1 2 二相编码信号匹配滤波器组成方框图3 4 图3 2 1 数学规划模型3 5 图3 2 2 遗传算法流程图3 7 图3 3 1 基于遗传算法搜索正交编码的流程图一。4 0 图3 3 2 码l 、码2 和码3 的自相关函数曲线4 l 图3 3 3 码l 、码2 和码3 的互相关函数曲线4 2 图3 4 1 正交编码一点目标原始成像图4 3 图3 4 2 正交编码一干扰图：。：4 3 图3 4 3 正交编码一干信比1 4 d b 干扰抑制结果。4 3 图3 4 4 正交编码一干信比2 0 d b 干扰抑制结果4 4 图3 4 5 正交编码和随机初相结合- 2 0 d b 干扰的抑制结果4 5 图3 4 6 正交编码和随机初相结合一2 8 d b 干扰的抑制结果4 5 图3 4 7 正交编码- n = 3 时的抗干扰图4 6 图3 4 8 正交编码- n - - - 3 当干信比达到1 4 d b 时4 6 第页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 图3 4 9 正交编码- n = 1 0 当干信比为1 4 d b 时4 6 图4 1 1 点目标位置图。5 0 图4 1 2 三次初相干信比为2 0 d b _ j 51 图4 1 3 三次初相干信比为2 3 d b 5 2 图4 1 4 三次初相限幅干信比为2 0 d b 5 2 图4 1 5 三次初相限幅干信比为2 6 d b 。5 2 图4 2 1 三次初相、调频率捷变和限幅结合一干信比为4 0 d b 5 3 图4 2 2 三次初相、调频率捷变和限幅结合一干信比为5 4 d b 5 3 图4 2 3 三次初相、调频率捷变和限幅结合一千信比为6 0 d b 5 4 图4 3 1 三次初相、正交编码和限幅结合一千信比为3 0 d b 。5 4 图4 3 2 三次初相、正交编码和限幅结合一干信比为3 4 d b 5 5 图4 3 3 三次初相、正交编码和限幅结合一千信比为3 6 d b 5 5 第v 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 表目录 表3 1 1k 的乘法运算表3 2 表3 3 1 基于遗传算法搜索所得的码元集合4 0 表3 3 2 优化所得正交编码的自相关和互相关系数小4 2 第m 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 对意。 学位论文题目：基王焦曼遮壁煎进敏墨丛擅王盐拉盛珏峦 学位论文作者签名：日期p 司年歹月尸日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印停和电子文 档，允许论文被查阅和借阋；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：基王揎量逝选让煎墨丛菹王拖拉苤珏盔 学位论文作者签名 作者指导老师签名 日期：乙卿年f 月，口日 日翟：m 7 年矿月加日 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 第一章绪论 从上个世纪开始，2 0 世纪初的日俄战争，第二次世界大战末的英美联军诺曼 底登陆战役，6 0 7 0 年代的越南战争和中东战争，9 0 年代初的海湾战争，特别是 本世纪初的两场局部战争，2 0 0 1 年阿富汗战争和2 0 0 3 年伊拉克战争中，通讯联络、 作战指挥、军事情报和兵器控制等方面严重依赖无线电电子设备，无线电电子设 备的广泛应用导致现代战争中出现了新的领域_ 电子对抗，又称为电子战f e w ) 。 所谓电子对抗就是敌我双方利用电子设备和器材所进行的电磁斗争。敌对双方围 绕电子设备使用效能的削弱与反削弱、破坏与反破坏的电子对抗，已成为高技术 战争的重要组成部分。电子对抗的结果对军队的作战、通信、指挥、控制乃至整 个战争的结局都有重大影响，是取得制天权、制空权、制海权和战场主动权的基 础和先决条件。当今，世界上主要大国的电子侦察活动几乎是无处不在、无时不 在，其使用的电子侦察手段有电子侦察卫星、电子侦察飞机、电子侦察船、电子 侦察站( 车) 、甚至有些民用飞机、船舶、车辆也可能安装有电子侦察设备。电 子战贯穿于战争始终，是一种先机制敌、不见“刀光剑影”的特殊战争，而且战 争发生前和战争结束后它仍然会存在。可见它是现代战争中必不可少的组成部分， 占据着非常重要的位置。 雷达对抗是电子对抗的一个重要组成部分，雷达对抗的目的就是通过对雷达 的侦察和干扰，获取敌方武器装备、兵力部署、作战指挥等方面的重要情报。 随着数字信号处理和大规模高速数字器件的飞速发展，合成孔径雷达( s a r ， s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ) 已经运用到军事和民用领域中。s a r 具有全天候、全天 时、远距离和宽广观测带，以及易于从固定背景中区分运动目标的能力，而且可 以在不同频段、不同极化下得到目标的高分辨率图像。在1 9 9 1 年的海湾战争中， 美国的两架载有x 波段s a r 的j - s t a r s 预警飞机和一颗“长曲棍球一s a p , 卫星 充分显示了s a r 技术在现代高技术战争中所表现出来的卓越的战场监视和侦察能 力，被认为是赢得这场现代高技术战争的关键因素之一。因此加强对s a r 的对抗 技术的研究显得尤为必要。 合成孔径雷达的对抗由两方面组成，一方面，敌对双方采取各种手段扰乱和 破坏对方雷达的正常工作，称为合成孔径雷达干扰；另一方面，想方设法使己方 雷达减少或消除对方干扰的影响，称为合成孔径雷达抗干扰。 合成孔径雷达雷达的干扰和抗干扰是一个矛盾的两个方面，有雷达就有干扰， 有干扰就有抗干扰，因而对合成孔径雷达干扰和抗干扰技术的研究已成为一门重 要的课题。本文主要基于雷达信号进行s a r 抗干扰研究。 第1 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 1 1s a r 简介 合成孔径雷达( s a r ) 是主动式微波成像雷达，是一种全天候、全天时的现 代高分辨率微波侧视成像雷达。有着巨大应用价值，现在已在国防建设和经济建 设上发挥了巨大的作用。合成孔径雷达在成像雷达中占有绝对重要的地位，有着 广泛的应用前景和发展潜力。 雷达诞生于二战中，从雷达诞生之日起，就与国防密不可分，随着雷达技术 的发展，人们已经不满足于在雷达屏幕上只看到作为目标的一个亮点，而是希望 能看到目标的真实图像。因此2 0 世纪5 0 年代催生了合成孔径雷达( s a r ) 。 1 9 5 1 年6 月美国古德伊乐公司的c a r lw i l e y 首次提出可以利用多普勒分析的 方法改善雷达的方位分辨率【l 】。与此同时i l l i n o i s 大学的s h e r w i n 等人也独立地进 行实验，并于1 9 5 3 年7 月得到了第一张非聚焦型的合成孔径雷达图像印j 。1 9 5 3 年夏，在美国m i c h i g a n 大学的个暑期讨论会上，许多学者提出了合成孔径的新 概念，并认识到合成孔径的工作方式有聚焦和非聚焦之分。1 9 5 7 年8 月m i c h i g a n 大学雷达和光学实验室的c l l t r o i l a 和l e i t h 等人研制的合成孔径雷达得到了世界上 的广泛承认，并开始迅速发展。随着信号处理技术的发展和高速数字处理器件的 出现，s a r 已获得了飞跃式的发展。s a r 从其载体上可以分为机载s a r 和星载 s a r ，以飞机为平台的机载s a r 已被广泛使用。以卫星为平台的星载s a r 也早已 走向实用阶段。以1 9 7 8 年6 月美国成功发射海洋星( s e a s a t ) 在卫星上首次装载 了合成孔径雷达，对地球表面1 亿平方公里的面积进行了测绘，标志着s a r 已成 功地进入了空间领域。此后，星载s a r 技术得到了迅速的发展，一系列星载s a r 先后升空。其后，欧空局、日本、俄罗斯和加拿大等国家和地区相继成功地发射 了自己的s a r 卫星，在世界上掀起了发展主动微波遥感对地观测卫星的热潮【4 】。 从九十年代起，对能够提供三维信息的干涉式s a r 的研究引起了世界各国的格外 关注，成为s a r 技术发展的新热点。2 0 0 0 年2 月，美国奋进号航天飞机顺利地实 现了全球范围内的高精度三维成像，在全世界引起了不小的震动。当前一些发达 国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间合成孔径雷达卫 星。美国目前正在进行“发现者二号 天基雷达的研究。国内在s a g 的研究方面 也取得了一定的成绩。7 0 年代后期，中国科学院电子研究所开展了机载s a g 的研 究工作，1 9 7 9 年取得突破，研制成功了机载s a g 原理样机，获得我国第一批雷达 图像。在1 9 8 3 年得到了光学处理的地形图像，并在后来的工作中对机载s a r 系 统和信号处理作了进一步改进和完善。另外，航天工业总公司2 5 所研制的机载s a r 也获得了成功。几年来，国内的一些高校和研究所一直开展里载s a r 的信号处 理方面的研究，并取得了一批研究成果。此外。近年来中国科学院电子研究所和 第2 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 航天工业总公司分别组织力量正在从事星载s a r 系统的研究和研制。纵观国内外 空间s a r 的发展过程，可以看出随着科学技术的不断进步，s a r 的水平和功能也 在不断提高。可以相信，科学家们将不断地挖掘s a r 的技术潜力，为人类的需要 服务。目前，sa r 发展水平的高低己经成为衡量一个国家军事力量与综合国力水 平的标志之一，其发展受到各国越来越多的重视。 1 1 。1s a r 的特点嘲 1 、远距离全天候成像 s a r 能够提供全天候条件下的详细的地面测绘资料和图像这种能力对 现代侦察任务是至关重要的，也是s a r 最值得推崇的优越之处。在恶劣气候下雷 达是一种合适的探测传感器，其它的传感器在这种环境下不能很好地工作。s a r 能够昼夜工作并且能够穿透尘埃、烟雾和其它一些障碍。虽然红外( i r ) 传感器也 能够在夜间工作，但是它同其它电光传感器一样，不能在严酷恶劣的气候下产生 清晰的图像。s a p , 具有防区外探测能力，即可以不直接飞越某一地区而能对该地 区进行地图测绘。因此，s a r 比起一般红外和电光传感器具备更远距的工作能力。 另外，与红外和电光传感器不同，s a r 的分辨力与距离是无关的：它不会随着距 离的增加而降低。在美国的综合机载侦察战略中，s a p , 因其全天候能力而被列为 基准的成像手段。 2 、高分辨能力 s a r 能够以很高的分辨力提供详细的地面测绘资料和图像，目前s a r 的分 辨能力已经可以达到0 3 m ( a p g - 7 6 雷达) ，但仍未达到其物理极限，在未来一段 时间内，s a r 的成像分辨力将会更高。 3 、自动目标识别 自动目标识别采用自动数据处理方法对目标进行识别、分类并按照其重要程 度进行分级。以目前对侦察系统的大范围覆盖的要求，要做到目标识别，需要收 集的数据量之大已远远超过人工迅速作出判断的极限。为了将s a r 用于自动目标 识别，人们已经作了大量的工作。使用s a r 完成自动目标识别的一个主要的技术 问题是要开发能够在雷达回波中识别目标特征的各种算法。 4 、具有穿透性的观察视场 具有树叶穿透能力的较低频率的s a r 也在近期发展之列。大多数的s a p , 都工 作于x 波段或更高的频段，这种频率不能穿透树叶进行探测。u h f 波段的雷达能 够穿透树叶并能提供比x 波段更好的全天候覆盖区域，但是，目前要开发这一频段 的s a p , 还存在很大的技术障碍。一个重大的挑战是要开发尺寸足够小的天线，使 它能够安装在飞机平台上。u h f 波段雷达的工作波长较长，因而天线尺寸非常大。 第3 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 另外一个挑战是建立足够的处理能力并开发更为复杂的处理算法。美国三军的实 验室和美国国防部的高级计划研究局( a r p a ) 都在投资发展u h f s a r 项目。据报 道，美国陆军在a d d p h im d 的研究实验室已经开发了一种能够对隐藏在树叶后或 是地下的目标进行定位的超宽频带的s a r 6 】。 由于这些优点，合成孔径雷达现已成为军事侦察和微波遥感的有力工具。在 军事侦察方面，合成孔径雷达获得的高分辨率图像对了解战场状况，获取敌方情 报有重要利用价值。在微波遥感方面，合成孔径雷达所获得的图像已开始应用于 地质勘察、工程地质、海洋研究及其他领域。因此对合成孔径雷达的研究一直热 门话题，目前研究的热点主要是：新体制的论证、新体制和特殊应用条件下的成 像、s a r 的图像处理、运动目标检测与成像、i s a r 运动补偿与成像、s a r 的干扰 和抗干扰等。在军用领域，西方国家为确保其信息优势，在深入研究s a r 成像技 术的同时，已经全面展开针对s a r 的干扰( 抗干扰) 技术及其干扰( 抗干扰) 效 果评估方法的研究。目前s a r 的干扰( 抗干扰) 技术及其干扰( 抗干扰) 效果评 估方法的研究在国内也是热门话题。 1 1 2s a r 的基本原理 s a r 是采用信号处理的方法产生一个等效的长天线，而非真正采用物理的长 天线。事实上，在绝大多数场合，使用的仅是一根较小的实际天线。 合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，所谓高分辨率包括两方面的含义： 即高的角分辨率( 方位向分辨率) 和足够高的距离向分辨率。在距离向，s a r 和 普通的雷达相似，都是通过发射高稳定度的相干脉冲再利用信号处理的方法实现 脉冲压缩，提高距离分辨率。在方位向，s a r 通过载休与目标之间的有规律的相 对运动，利用合成孔径原理，把实际上小孔径的天线合成一个大孔径的天线阵列 【7 d 2 】，提高了雷达的角分辨率，从而提高了方位分辨率，这也是s a r 不同于普通 雷达的根本所在。 1 1 3s a r 的r d 成像算法f 1 3 - 1 叼 基本思想是这样：目标回波以矩阵的形式存储，矩阵的一列表示s a r 发射一 个雷达脉冲所收到回波的取样序列，也可称为距离向；矩阵的行表示s a r 发射脉 冲的时刻，也可称为方位向。这样就矩阵的行相对于列来说是慢时间取样。r = d 算法首先对距离向进行匹配滤波，利用线性调频率信号的性质，在距离向上对信 号进行聚焦；在方位向上，由于s a r 的运动也可得到和距离向上相同的线性调频 率，只不过它的调频率为多普勒调频率，这样就可以采取和距离向上相同的处理 方式，对方位向也进行匹配滤波。因此，在距离和方位向上信号都得到了聚焦， 第4 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 达到了成像的效果。 1 2 1 雷达干扰简介 1 2s a l t 的干扰 电子干扰技术( e c m ) 的目的是使雷达无法探测、跟踪、定位及识别目标， 或使有用的目标信息淹没在许多假目标中，以至无法提取真正的信息。e c m 技术 的发展大体可以分为以下几个时期【r 7 】： 第一个时期是二十世纪四十年代，由于第二次世界大战的需要，出现了简单 的干扰设备，主要实现了只有几十瓦的噪声干扰和箔条干扰技术： 第二个时期是五十到六十年代，是一个稳步发展阶段，开始出现了电子对抗 机构，雷达干扰设备也开始装备部队，雷达干扰理论得到了进一步的完善； 第三个时期是六十年代后期到七十年代初期，是快速发展的阶段，由于局部 战争的需要，出现了欺骗式干扰技术，同时，一批干扰设备在快速反应计划( q u i c k r e s p o n s ec o n d i t i o n ：q r c ) 中得到了研制，并在战争中得到了应用； 第四个时期是七十年代以后，计算机和大规模集成电路应用进来，大大推动 了干扰技术的发展，干扰技术上了一个新台阶，此时出现了大功率干扰机 a n a l q 9 9 、a n a l q 1 9 9 、a n i a l q 1 3 1 、欺骗式干扰机a n a l q 1 3 7 、具备功 率控制能力的a l q 1 6 1 和a n a l q 1 0 5 。特别是进入九十年代以后，随着成像雷 达的大规模应用，又出现了可以对二维成像雷达进行干扰的e k k o i i 等。雷达技 术的研究大大带动了干扰技术的发展【1 7 】。对s a r 干扰的研究也随机成为s a r 研 究的热点。 正是由于前面提到的s a r 的优点，使s a r 干扰在现代战争中处于举足轻重、 日益重要的地位，其重大意义主要表现在以下三个方面【1 8 j 9 】： l 、s a r 干扰是取得军事优势的重要手段和保证。 由于在各种现代武器系统中，雷达仍然是信息获取和精确制导领域中最重要 的装备，特别是在广大的作战地域内，及时、准确、全面地获取各种目标信息， 雷达的作用是不可取代的。破坏了雷达的正常工作，也就破坏了整个武器系统的 重要信息来源，很可能使其成为“聋子”、“瞎子 。这对于取得军事优势，无 疑是十分重要的。 2 、s a r 干扰设备是武器系统和军事目标生存与发展的必不可少的自卫武器。 s a r 干扰技术是改善武器系统和军事目标生存与发展条件的有效手段。现代 战争和未来战争都是一场在高科技支持下的高度信息化的战争，每一个作战单元 都是依靠详尽的作战信息紧密联系在一起的。s a r 和s a r 干扰技术作为其中信息 第5 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 来源的重要支柱，无疑具有广阔的发展前景。 3 、s a r 干扰是提高雷达抗干扰性能和整个电子战能力的比不可少的条件。 一个国家，没有先进的雷达干扰技术就不可能有先进的雷达系统，反之亦然。 s a p , 干扰和s a r 是相互对立又相互促进的，但敌方的先进的对抗措施只在战争中 的紧要关头才会使用。所以要使自己的雷达系统适应未来战争的电子战环境，完 全要靠自己的雷达干扰设备模拟敌方的对抗环境来检验雷达的抗干扰性能。 干扰信号主要与雷达信号在以下四个领域与信号竞争：第一是时间域内的竞 争，这是干扰信号起作用的前提条件。干扰信号必须在时间域上与雷达信号重合， 否则将起不到干扰的作用；第二是在频域，当信号占用某个频段时，敌方的干扰 信号也在该频段与信号重合，造成混叠，影响成像结果；第三是在能量域内，当 干扰信号的强度足够的大，把雷达信号完全淹没，当接收信号经过接收机时，接 收机分辨不出雷达信号，对合成孔径雷达而言以至于不能成像；第四就是信号形 式的竞争，干扰信号的形式与雷达信号的形式一致或者相似，使成像处理时分辨 不出谁是有用的回波信号。 1 2 2s a r 干扰的现状 对合成孔径雷达的干扰有多种分类方法。从干扰进入雷达的途径可分为：从 雷达天线主瓣进入雷达接收机和从雷达天线副瓣进入雷达接收机。由于雷达天线 主瓣角度有限，且雷达在作合成孔径飞行时，雷达的波束以一固定角度照射地面， 那么对于某一部干扰设备来说，能从主瓣进入雷达的时间较短，其大部分时间是 从雷达天线副瓣进入雷达接收机。当s a r 欺骗干扰机位于s a r 的成像带宽内时， 可产生从s a r 天线主瓣进入的干扰，否则，只能从s a r 天线副瓣进入。 从电子对抗角度可分为：积极干扰和消极干扰。积极干扰是由专门的发射机 产生的干扰。消极干扰是利用特制的器材( 如干扰丝、角反射器等) 人为地改变雷 达电磁波的传播和反射性能对雷达造成干扰。 本文主要研究积极干扰。积极干扰就其作用性质可分为压制性干扰( 或称遮盖 性干扰) 和欺骗干扰( 或称模拟性干扰、迷惑性干扰) 。压制性干扰( 或称遮盖性干扰) 产生噪声或类似噪声的干扰信号进入敌方s a r 接收机去压制或淹没有用信号( 目 标回波) ，使之对其侦察区域的成像质量下降甚至变得模糊不清，从而使对方难以 从s a r 图像中检测到需要的目标信息。连续波工作的噪声干扰是压制性干扰的典 型代表。它以强力的干扰功率和随机起伏的信号波形遮盖目标回波，压制雷达对 回波信号的检测。其他的干扰样式，如杂乱脉冲干扰、高工作比的脉冲干扰也都 可以压制雷达对回波的观测或造成雷达监测系统饱和。欺骗性干扰则模拟目标的 回波，以假代真或真假混杂，雷达往往在不知不觉中就受到了干扰，因此有特殊 第6 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 的干扰效果。欺骗干扰多采用和雷达信号形式相同的脉冲干扰。欺骗干扰可以分 为：( 1 ) 场景，动目标模拟欺骗干扰，虚假场景掩盖真实场景信息，动目标模拟干扰 可以干扰动目标显示( 1 v l t i ) 功能，提高敌方雷达的虚警概率；( 2 ) 场景散射欺骗干扰， 干扰信号通过地面场景散射后进入雷达接收机，地面场景每个单元都是辐射源， 散射信息可以在功率很小的条件下掩盖真实信息或与其相混叠，得到良好的干扰 效果。 具体来说干扰机可以采用下列方式对s a r 雷达进行干扰【5 2 0 m 】，其中前三种 方式属于压制干扰方式，后三种属于欺骗干扰方式。 l 、阻塞式干扰 当已知雷达具有频率捷变或频率分集能力时，阻塞式干扰是最有效的方式之 一。阻塞干扰是以连续波的方式发射干扰信号。但是，只有通带内的噪声信号才 影响雷达接收机。当噪声干扰机的噪声功率足够大时，可以降低s a r 的信噪比， 使其图像的分辨率下降，甚至无法成像。干扰机在一个宽带的范围内发射干扰信 号，可以保证有一部分干扰信号进入雷达接收机，从而提高了噪声的背景，掩盖 了所关心的目标或地物。缺点是干扰机的有效辐射功率分布在一个较宽的频带中， 从而也降低了进入雷达接收机的噪声功率。 2 、瞄准式干扰 当已知要干扰的雷达工作于一个固定频率时，最有效的干扰方式是瞄准干扰。 由于所有的干扰噪声均在雷达通带内，所以雷达图像中的噪声电平只受干扰机有 效辐射功率的控制。瞄准干扰也是以连续方式发射干扰的，但干扰机的噪声图象 不同于阻塞干扰。由于窄带干扰噪声的傅氏变换产生的距离上的斑点大于热噪声 或杂波产生的斑点，产生的横向距离尺寸等于热噪声或杂波形成的斑点尺寸。由 此可见，瞄准式的干扰噪声在距离上斑点呈现延伸状态圈，这种干扰的的优点是 在干扰带宽内干扰功率强，缺点是对频率引导要求高，有时甚至难以实现。 3 、随机脉冲干扰 雷达接收机内出现的时域离散的、非目标回波的脉冲称为脉冲干扰。因为干 扰机脉冲的发射间隔是随机的，所以这些噪声脉冲可以出现在距离图幅的任一部 分。当对足够数量的样本进行观察时，对应于某个样本，噪声脉冲将占据整个距 离图幅。方位处理器将一个合成孔径长度内所有样本的噪声功率相加，相加值等 于孔径中的总噪声功率，它与干扰机平均噪声功率成正比。干扰机噪声图象斑点 的尺寸在距离上仍有扩展，这同瞄准式干扰一样。然而，随机脉冲干扰的斑点同 瞄准或阻塞干扰时的斑点相比较，亮度变化更明显，这是因为非相干迭加的噪声 样本数较少，从而降低了多重观察的平滑效果。对于瞄准及阻塞式干扰，有效干 扰功率等于发射的峰值功率。然而对于随机脉冲干扰，有效干扰功率是平均发射 第7 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 功率。随机脉冲干扰具有在常规雷达中产生大量虚假目标的效果，但在合成孔径 雷达中它只能产生噪声。 4 、转发干扰 转发干扰的性能取决于重新发射截获雷达信号的保真度。根据转发式干扰机 重新发射截获雷达信号的保真度的不同，这些干扰信号能在众多的距离单元内产 生噪声或虚假目标。如果干扰信号能象固定点目标的雷达回波一样保持雷达脉冲 的编码和多普勒特性不变，那么这些信号就能在距离及横向距离上压缩，并且信 号处理增益将使虚假目标的强度增强。如果在应答过程中没有保留雷达脉冲特性， 那么信号处理器对转发信号的处理就象对待噪声一样。干扰机噪声的雷达图象类 似于阻塞噪声的雷达图象。 如果转发的信号中保留有雷达信号的特性，就不能再把处理的干扰脉冲当作 噪声。假设仅仅保留了信号的脉内特性( 脉宽、带宽、线性调频) ，那么脉冲将在距 离上压缩。压缩脉冲形成的雷达图象是一条线而不是窄带噪声条带，线的宽度为 压缩的距离可分辨单元，该线的亮度相对于噪声条带的亮度而言增强距离压缩比 的倍数。在此信号电平上，可能观察到压缩距离响应的副瓣，它显示为平行于主 响应的亮度较暗的线。 如果转发的信号也能保留有截获雷达信号脉冲之间的相位特性，那么应答脉 冲在横向距离上也将被压缩，形成一个点目标的图象，其亮度进一步增强到方位 压缩比的倍数。可以预料这些目标信号很强，并且与处理的假目标的距离及横向 距离副瓣有关。除了通过方位天线方向图主瓣接收的虚假目标图象以外，通过雷 达天线的副瓣接收的信号将在纵向位置上产生模糊的假目标，在该方向上应答信 号的多普勒频率等于雷达的脉冲重频。 5 、相关干扰 通过计算机仿真，以上各种干扰方式都可以对s a r 雷达进行有效干扰，但其 需要的压制比和干扰效果存在有一定的差异。但对于非相关的噪声干扰，s a r 雷 达的图象处理可以通过一定的成像算法加以消除，使干扰效果变得非常微弱。 对s a r 雷达的干扰，不同于对一般相参体制雷达的干扰。一方面，是因为s a r 是对于一个目标区域进行二维或三维成像，干扰的效果也必须是两维或三维的： 另一方面，由于s a r 成像的高分辨率，并且s a r 图像的识别是依靠图像中相邻像 素间的关系来分辨目标的，因此，要求干扰在s a r 图像上也能形成高密度干扰亮 点，这对于遮盖性干扰和假目标干扰都是有同样的要求；再者，由于目标回波的 多普勒频移是随着雷达平台的运动而成线性调频变化，因此干扰过程中必须对雷 达平台的运动进行观察和估计。 由于s a r 的脉间载频、重频一般保持不变，并且直达地面的信号功率较高， 第8 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 易于实现低噪声截获。因此对截获后信号进行调制转发是较好的办法，可以得到 雷达的距离压缩增益；如果要想同时获得方位向的压缩增益，产生如同真实目标 一样的假目标，则各重复周期间的干扰必须满足相应的多普勒调制规律，这也是 s a r 相参干扰的关键。 因此，要实现对s a r 的假目标欺骗干扰，必须根据侦察到的当前s a r 雷达的 运动参数、波束宽度和扫描方式，利用截获的雷达信号进行延时复制，并且进行 幅度和相位的调制，使复制的假目标信号不仅与雷达脉冲波形保持一致，还必须 在脉冲重复周期间满足相应的距离、多普勒变化规律。这样得到的假目标信号才 能如真实雷达回波一样，得到距离和方位处理的增益，出现在最后的图像上。由 于是对图像进行干扰，就必须产生一定密度的假目标。 总之，距离和方位上的高密度延时复制、多普勒调制是s a r 雷达干扰的两个 要素。对于每一个假目标信号，在不同重复周期采用的多普勒调制参数都不相同， 采用一般的延时转发加调制的方法很难奏效，必须研究可实现的高速信号复制技 术和算法，以产生同时满足对多普勒调制规律和延时复制密度要求的相参干扰信 号。 6 、场景散射干扰 如果被干扰方使用空域选择技术在干扰源方向或位置形成波束零点，则进入 雷达接收机的干扰能量会大大减少，甚至无法实现。所以我们考虑使用一种方法 不是直接发射指向被干扰方的干扰信号，而是由干扰机发射指向场景的干扰信号， 使得场景中每一点都等效为一个辐射源，如果被干扰方，使用波束置零技术，则 在干扰被抑制的同时，地面场景每一点的雷达回波也被抑制，将无法接收到回波 信号。 现阶段对s a r 的干扰趋向于欺骗干扰。欺骗干扰将成为s a r 研究的热点。 欺骗式干扰的研究现状： 2 0 0 2 年，美国海军研究生院历经多年努力，研制出了针对i s a r 的干扰机， 该干扰机首先侦获i s a r 发射的信号，然后通过调制不同的相位和幅度，合成欺 骗式目标，实验结果表明该干扰机可以产生舰船等较大型欺骗式目标团】。2 0 0 4 年， e u s a r 2