对ISAR一维距离像的卷积干扰研究

摘 要：首先给出了ISAR雷达的匀速直线运动目标的成像模型，分析了成像原理，根据发射的LFM信号的特点，提出了针对距离维的卷积干扰，理论分析了卷积干扰机理，证明卷积干扰对ISAR雷达具有显著的干扰效果。根据视频信号的不同，干扰机能产生假目标欺骗干扰和噪声覆盖干扰两种效果。仿真实验表明理论分析的正确性和实际应用的可行性。

关键词：卷积干扰；脉冲卷积干扰；噪声卷积干扰;ISAR

中图分类号：TN95 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2008)11-015-03オ

Research on Convolution Jamming Technology against ISAR in Range Dimension

TIAN Xiangfei1,SHENG Jisong2

(1.College of Electronic & Information,Jiangsu University Science & Technology,Zhenjiang,212003,China;

2.The 723 Institute of CSIC,Yangzhou,225001,China)

オ

Abstract：The article first presents the imaging model of ISAR radar objects with uniform linear motion,then analyzes the imaging principles.According tocharacteristics of the LFM signalemitted,convolution jamming against distance-dimensional is proposed.Then the articletheoretically analyzes mechanism of convolution jamming and proves it has notable jamming effects against ISAR radar.According to different video signals,jamming mechanismgeneratestwo jamming results:false targets deception jamming and coverage noise jamming.Simulation experiments showcorrectness of theoretical analysis and feasibility of practical application.

Keywords：convolution jamming;pulse convolution jamming;noise convolution jamming;ISAR

逆合成孔径雷达(ISAR)成像近20年来受到广泛的关注。ISAR具有远距离、全天候、全天时工作等优点，通过ISAR成像来进行目标识别已在现代雷达中广泛应用。在军事上，他可用于战略防御中对飞行目标进行跟踪成像，也可用于对地面运动目标(如车辆、坦克和舰船等)成像。在民用上，他可在无线电天文学中对各种星体进行成像研究，还可用于民航机场的空中交通管制和港口的场面监视等。因此，对ISAR的干扰具有重要意义，根据ISAR雷达信号处理的特点，本文提出一种新的干扰技术――卷积干扰。卷积干扰是一种应答式干扰,根据在脉冲压缩后要求的干扰效果，干扰机接收雷达照射信号后与视频信号卷积，再经放大后转发。这种干扰不需要测频就能干扰频率捷变的脉冲压缩雷达，还可利用脉冲压缩的处理增益，降低干扰功率要求。通过改变视频信号形式，可灵活产生假目标欺骗干扰和噪声遮盖干扰。

1 ISAR直线运动目标成像模型

ISAR成像最基本的形式是旋转目标成像，但实际的雷达目标大多是机动飞行的，对飞行目标的ISAR成像有一定的特殊性，考虑最基本运动形式匀速直线运动。如┩1所示，目标以速度Е匮X轴作直线运动,雷达处于X-Y坐标系上的点q(0,－d)，雷达视线和目标的速度矢量决定了XQY平面，u-v坐标系固定在目标上，其原点为o点，o点在X-Y坐标系中的坐标为［x(t),0］，并且x(t)=ωt，X1-Y1坐标系的原点仍为o点，且Y1轴与雷达视线共线，雷达到o点的距离qo=r0(t),雷达到目标上任意一点p的距离pq=r(t),p点在u-v坐标系中坐标为［u,v］，d是目标的飞行高度。

图1 匀速直线运动目标几何示意图

针对图1的几何模型，文献［1］给出了具体的推导过程，经过推导，可以得到如下结果:

И

fd=2uωλdr(t)d+v

(1)

И

式中fd为p点的多普勒频移。从上式中可以看出，在ω,λ,d不变的情况下，不同u值，即不同方位(横向)上的点对应不同的多普勒频率(在方位上存在着多普勒频率变化)，同一方位，即等u值点对应着相同的多普勒频率，故在目标上的等u值线即为等多普勒线。不同v值(距离)上对应着不同的距离，相同的v值对应着相同的距离，故在目标上的等vе迪呒次等距离线。

因此可以通过对回波的多普勒频率滤波，得到目标的方位向信息，通过对回波进行距离上的选通得到目标距离向的信息，这两个方向上的信息组合起来就可构成目标的二维图像。

2 卷积干扰信号的产生机理

雷达发射线性调频信号，设干扰机位于目标上，且离雷达的距离为d，Ы邮盏降睦状锓⑸涞LFM信号为:

И

s(t)=exp［j2π(f0t+μt2/2)］

(2)

И

其中f0为载频，μ=B/Tp为调频斜率，B为带宽，Tp为脉宽。

设目标为点目标，反射强度为Е遥目标的响应函数:

И

c(t)=σδ(t－τ)

(3)

И

其中Е=2d/c，c是光速，则目标回波信号为:

И

p(t)=c(t)*s(t)

(4)

И

干扰机接收到雷达照射信号后，用视频函数f(t)в虢邮招藕啪砘后转发，即干扰信号为:

И

J(t)=f(t)*s(t)

(5)

И

那么匹配滤波器的输入信号为:

И

u(t)=p(t)+J(t)=［c(t)+f(t)］*s(t)

(6)

И

设s(t)，c(t)，u(t)和f(t)的频谱分别为S(f)，C(f)，U(f)和F(f)，г:

И

U(f)=［C(f)+F(f)］S(f)

(7)

И

经匹配滤波之后输出的频谱为:

И

V(f)=U(f)S*(f)=［C(f)+F(f)］|S(f)|2

(8)

И

对应时域输出为:

И

v(t)=c(t)*F－1［|S(f)|2］+f(t)*F－1［|S(f)|2］

(9)

И

式中，F－1［|S(f)|2］称作点扩展函数[2]。由上式可见，脉冲压缩输出信号中目标回波信号决定于目标的反射特性c(t)，干扰信号决定于参与卷积的视频信号f(t)。Щ谎灾，任一函数与线性调频信号卷积，其脉冲压缩输出信号为该函数与点扩展函数的卷积，亦即获得了脉冲压缩处理增益。

根据需要，f(t)Э梢粤榛钛∪∥冲击脉冲串或者视频噪声，二者分别可以产生假目标欺骗干扰和噪声遮盖性干扰效果。将这两种干扰分别称为脉冲卷积干扰和噪声卷积干扰。

2.1 脉冲卷积干扰

设f(t)为NЦ龇度不同、时延不同的冲击脉冲组成的脉冲串，表示为:

И

f(t)=∑Ni=1Aiδ(t－ti)

(10)

И

设N=1，他与接收到的雷达信号卷积，相当于将原来的线性调频信号移位至这个冲击脉冲的位置，因此，卷积结果相当于原信号与这个移位的线性调频信号叠加。因此，脉冲卷积干扰等效于将线性调频信号延时转发的结果。每个线性调频脉冲与回波信号有相同的时频特性，因此他们也具有相同的处理增益。这种情况与多散射点构成的目标产生距离像的机理相同，也就是在真实目标之后产生了几个假的点目标。

假目标信号滞后于目标回波,当需要在回波前产生假目标时，必须先将接收信号移频再与f(t)Ь砘。这是因为线性调频信号的频移和时延间有强藕合，即:

И

fd+μτ=0

(11)

И

为补偿干扰引起的时延或产生超前于目标回波的信号，对线性调频信号的频移量可由式(11)得到。

假目标的最大时延受线性调频信号的时宽限制，当干扰机中没有射频存贮设备时，接收信号的持续时间为线性调频信号的时宽。当f(t)У氖毖哟笥谙咝缘髌敌藕诺氖笨硎保由于信号不存在，卷积结果为0。

2.2 噪声卷积干扰

设f(t)=n(t)，n(t)为视频噪声，可想象为幅度随机的许多脉冲之和，实际的数字噪声正是这种情况。其脉宽等于噪声的取样周期，脉内的幅度为确定值。从脉冲卷积干扰可以推断，噪声卷积干扰的时频特性也是位于目标回波后的一系列随机脉冲产生的线性调频信号。

噪声卷积干扰利用了视频噪声与雷达照射信号的卷积结果作为干扰信号，干扰的频率随照射信号的频率变化而变化。换言之，干扰机不需要测频和频率引导，就能自动瞄准信号频率，由于干扰信号总是滞后于回波信号，为使干扰信号的出现时间提前于回波信号，可将接收信号移频后与噪声卷积,因此能对频率捷变雷达干扰。

由于时域卷积等效于频域相乘，因此，从频域来分析，可以将雷达信号视为一个频率范围为Вfc－B/2,fc+B/2］У穆瞬ㄆ鳌I枋字噪声功率谱密度不变，当其带宽大于信号带宽时，带外能量被滤除掉，因此压缩后的干扰功率也有所损失；当其带宽小于信号带宽时，相当于没有被滤波，但由于其带宽较窄，噪声功率本身就要小许多，因此压缩后的干扰功率也较小。因此应使数字噪声带宽与雷达信号带宽大致相等，这样就可以最大限度利用噪声功率。此外，噪声卷积干扰脉压后的干扰持续时间决定于噪声的持续时间。回波信号经脉压后的时宽等于1/B，为使干扰信号覆盖回波，干扰信号的时宽应大于1/B，即噪声的持续时间应大于1/B。И

3 仿真结果

3.1 脉冲卷积干扰

仿真时雷达参数:发射信号载频为10 GHz，带宽为100 MHz，脉冲宽度为5 μs。

三个点目标的距离向位置坐标为［9 992.5，10 000，10 015］。视频脉冲为一个冲击脉冲，位置为0.5 μs，它与线性调频信号相卷积，然后将卷积结果作为干扰信号转发出去，平均距离像和成像结果如┩2所示。

图2 脉冲卷积干扰后的一维距离像和目标图像

可以看出，干扰产生的距离像位于目标距离像之后，且其相对位置关系保持不变。这个结果相当于将雷达信号延迟了0.5 μs之后转发。由于这种方法产生的干扰距离像只能位于回波之后，可以对接收的雷达信号移频之后再与视频信号卷积。这种干扰产生的距离像如图3所示，移频量与时延之间应满足fd+μτ=0，此处将fd设置为10 MHz，那么时延量应为－0.5 μs，即干扰产生的距离像比原来的位置提前了0.5 μs(75 m)，仿真结果也证明了这一点。

图3 移频后的一维距离像和目标图像

通过移频的方法，使得脉冲卷积干扰的压缩结果在目标前后均可以产生，但是，移频之后干扰压缩峰比目标回波压缩峰降低了，这是因为移频引起了能量损失。

3.2 噪声卷积干扰

设数字噪声带宽与雷达信号带宽相同，时宽为雷达信号的10/1，且其幅度服从均值为0，方差为1的高斯分布。根据前面的理论分析，干扰的压缩结果应该位于目标回波之后，且应该也得到一定的压缩增益，幅度大大提高。可以看到，卷积干扰压缩的结果全部位于图4所示目标回波压缩峰之后，为了在目标前后均产生覆盖效果，可以采用移频措施。根据前面的分析，当移频量为10 MHz时，干扰压缩结果应左移0.5 μs(75 m)，从图5的仿真结果中看到确实如此。同脉冲卷积移频一样，它也有移频带来的能量损失，因此，幅度相对有所下降。

图4 噪声卷积干扰后的一维距离像和目标图像

图5 移频后的一维距离像和目标图像

4 结 语

卷积干扰作为ISAR雷达的一种有效而灵活的干扰样式，既能产生假目标欺骗性干扰效果，又能产生噪声遮盖性干扰效果。他是一种应答式干扰，干扰机接收到雷达照射信号之后与某视频信号进行卷积，再经放大之后转发。这种干扰仅需要测频就能干扰频率捷变的脉冲压缩雷达，还可利用脉冲压缩的处理增益，降低干扰功率要求。理论分析证明，本文提出的干扰形式对线性调频脉压雷达是有着显著干扰效果的，而仿真实验也表明了理论分析的正确性和实际应用的可行性。

参 考 文 献

［1］费智婷.机动目标的逆合成孔径雷达成像研究\[D\].成都:电子科技大学,2006.

［2］刘永坦.雷达成像技术［M］.哈尔滨:哈尔滨大学出版社，1999.

［3］赵国庆.雷达对抗原理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，1999.

［4］刘钰英，尚朝轩，何强，等.基于SPW平台的逆合成孔径雷达成像［J］.现代电子技术，2006,29(5):1-3.

［5］王伟，陈黎霞，贺英英.基于DCT的雷达距离像谱分析［J］.现代电子技术，2006,29(9):48-49.

作者简介 田向飞 男，1981年出生，硕士研究生。主要研究方向为雷达干扰与抗干扰技术。

盛骥松 男，1968年出生，研究员，中船重工集团723所研究员。主要研究方向为电子对抗，雷达系统总体。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。