合成孔徑雷達(dá)壓制干擾效果分析

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種二維成像雷達(dá)，它利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對運(yùn)動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線孔徑的雷達(dá)，具有全天時、全天候、強(qiáng)透射性、高分辨率等優(yōu)點。干擾效果是衡量干擾模式有效性以及雷達(dá)干擾設(shè)備性能的一項重要綜合性指標(biāo)。定量地評估干擾效果非常重要，但目前對SAR干擾效果的評估，定量的方法和標(biāo)準(zhǔn)很少。本文把保護(hù)距離概念引入對SAR干擾效果的評估，進(jìn)行了計算機(jī)仿真，對上述評估準(zhǔn)則和指標(biāo)體系進(jìn)行了初步仿真驗證，得出了SAR壓制干擾效果的定量評估方法。

1 SAR干擾原理

SAR干擾就是一切用電子的方法破壞和擾亂敵方SAR檢測我方目標(biāo)信息的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施的統(tǒng)稱，包括掩蓋目標(biāo)和制造假目標(biāo)。其中SAR干擾設(shè)備中的偵察設(shè)備接收SAR發(fā)射的直達(dá)信號，測量其方向、頻率和其他調(diào)制參數(shù)，然后根據(jù)已經(jīng)掌握的信號先驗信息和知識，判斷該SAR的功能、工作狀態(tài)和威脅程度等，并將各種信號處理的結(jié)果提供給干擾機(jī)和其他有關(guān)的設(shè)備。這樣，干擾機(jī)就可以按照控制命令產(chǎn)生多種合適的干擾或噪聲信號進(jìn)入對方SAR接收機(jī)，從而使對方難以從回波信號中檢測出目標(biāo)信息，達(dá)到干擾的目的。所謂壓制性干擾就是產(chǎn)生噪聲或噪聲樣的干擾信號進(jìn)入敵方SAR接收機(jī)去壓制或淹沒有用信號(目標(biāo)回波)，使之對其偵察區(qū)域的成像質(zhì)量下降甚至變得模糊不清，從而使對方難以從SAR圖像中檢測到足夠的目標(biāo)信息。壓制性干擾技術(shù)就是使強(qiáng)干擾功率的噪聲進(jìn)入對方SAR接收機(jī)，盡可能降低信噪比，造成雷達(dá)對目標(biāo)檢測的困難。

SAR通過對接收到的回波信號進(jìn)行二維相關(guān)處理來重構(gòu)目標(biāo)場，即通過距離向的脈沖壓縮技術(shù)和方位向的合成孔徑天線原理，對發(fā)射的一系列相干信號的回波進(jìn)行距離維壓縮和方位維壓縮，從而實現(xiàn)距離維和方位維的高分辨率。SAR所獲得的圖像本質(zhì)上是地面目標(biāo)的雷達(dá)反射特性的二維記錄，即距離一方位圖像。其中分辨單元與圖像像素相應(yīng)，像素的亮度對應(yīng)于分辨單元回波經(jīng)距離維和方位維壓縮后的信號強(qiáng)度。因此，SAR干擾方程的推導(dǎo)是從對分辨單元的回波的壓制出發(fā)。

干擾機(jī)、SAR、成像條帶的空間位置如圖1所示。A為干擾發(fā)射機(jī)位置，B為SAR位置，C為SAR到地面的垂直點。

設(shè)分辨單元的有效散射截面為σ，收到分辨單元的回波功率：

式中：pt為雷達(dá)發(fā)射功率；Gt為雷達(dá)天線增益；λ為雷達(dá)工作波長；σ為分辨單元的有效散射面積；Ld為雷達(dá)各種損耗；Rt為雷達(dá)到回波分辨單元的直線距離；N=Na?Nr為雷達(dá)方位向與距離向處理增益的乘積。

SAR收到的干擾功率為：

式中：Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率；Gj為干擾機(jī)天線增益；Rj為雷達(dá)到干擾機(jī)的直線距離；λ為雷達(dá)工作波長；Gt(θ)為SAR在干擾進(jìn)入方向的天線增益；Lj為干擾機(jī)各種損耗；γj為極化失配損耗；Nj為干擾信號處理增益；Br為雷達(dá)帶寬；Bj為干擾機(jī)工作帶寬。

2 干擾模型

通過上面對SAR的干擾原理的分析，可以建立雷達(dá)壓制干擾的數(shù)學(xué)模型，如圖1所示，其干擾模型的內(nèi)容包括分辨單元RCS的計算，雷達(dá)到分辨單元的距離計算和干擾機(jī)到雷達(dá)距離的計算。具體如下：

2.1 分辨單元RCS計算

式中，σ為分辨單元的RCS；k1，k2分別為距離向和方位向的加權(quán)系數(shù)，在此都取0.8；lr，la分別為距離向和方位向的分辨率；σ0為分辨單元的后向散射系數(shù)；φ為分辨單元處的入射余角。

2.2 雷達(dá)到分辨單元的距離計算

當(dāng)分辨單元取在SAR偵察條帶的近點、中點和遠(yuǎn)點處時，容易看出遠(yuǎn)點處Rt最大，且回波進(jìn)入SAR天線為-3 dB處，回波功率最小；近點的Rt最小，但回波進(jìn)入SAR天線為-3 dB處；中點Rt稍大，但回波進(jìn)SAR天線為0 dB處。故可將分辨單元位置取在中點處，設(shè)SAR海拔高度為H，側(cè)視角為β，距離向波束寬度βr，則：

式中：ae為平均地球曲率半徑，6 378 km。

2.3 干擾機(jī)到雷達(dá)距離的計算

假設(shè)干擾機(jī)處于SAR偵察條帶的中軸線上，設(shè)SAR海拔高度為H，側(cè)視角為β，距離向波束寬度為βr，干擾進(jìn)入角為θ，則：

式中l(wèi)等于雷達(dá)到分辨單元的距離Rt；y為雷達(dá)分辨單元到干擾機(jī)的距離。

2.4 二維處理增益的計算

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