基于复卷积的超宽带SAR干扰技术

U W B SAR Jamm i n g Techn ique Ba sed on Com plex Convolution
SHEN A i2guo, J I ANG Q iu 2xi
( Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China)
Abstract: U ltra w ide band (UWB ) synthetic aperture radar ( SAR ) can get high gain by two dim ension2 al comp ression p rocessing, so the capability of count electronic counter measures ( CECM ) is i m p roved greatly . The effect of traditional electronic counter measures ( ECM ) is lim ited and to some extent it is useless . The jamm ing signal is generated based on the convolution of the radar signal and the jamm ing function. The jamm ing signal can get comparative gain when it is p rocessed by the radar receiver . In this way the jamm ing effect is imp roved greatly . So we can say the method is useful in the research of ECM to UWB 2SAR. The p rincip le of the jamm ing m ethod and the effects of the jamm ing function style are ana2 lyzed in this paper . And the sim ulated results are given in the last part of the paper, which p roves the ef2 ficiency of the method. Key words: ultra w ide band; synthetic aperture radar; jamm ing; convolution
S o (ω) = S r (ω) S
3
2 干扰效果分析
干扰函数的设置可以具有不同的形式 , 形成的 干扰效果也不相同 , 下面讨论几种典型的干扰函数 形式所产生的干扰效果 。 ( 1 ) 设干扰函数为 N 个幅度不同 、 时延不同的 冲击脉冲组成的脉冲串 , 即
g ( t) =
6
N
A iδ( t - ti )
6
N
A i psf ( t - ti ) ( 10 )
i =1
(ω) = H (ω) S (ω)
2
( 3)
对上式进行逆傅里叶变换即可得到输出信号为 - 1 so ( t) = 扰的输出结果相当于将点扩展函数进行 了延迟叠加 , 获得了信号处理增益 , 其干扰效果相当 于对雷达发射信号延迟转发干扰 , 如图 1 所示 。因 此该干扰可以在距离向形成点目标欺骗干扰效果 。
设计的干扰函数为 g ( t) , 其频谱为 G (ω) , 将其与雷 达对抗侦察接收机接收到的雷达发射信号进行复卷 积 , 则得到的干扰信号及其频谱分别为 ( 6) sj ( t) = s ( t) 3 g ( t) ( 7) S j (ω) = S (ω) G (ω) 与回波信号处理流程类似 , 可以得到该干扰信 号经脉冲压缩后的输出信号为 ( 8) sjo ( t) = g ( t) 3 psf ( t) 可见 , 干扰信号的脉压输出为干扰函数与点扩 展函数的卷积 , 同样获得了由点扩展函数决定的系 统处理增益 , 这就是利用复卷积技术可以降低干扰 功率的理论依据
( 9)
i =1
将该函数与雷达发射信号卷积 , 相当于将发射 的线性调频信号分别移至不同的脉冲位置 , 因此 , 卷 积的结果相当于 N 个幅度不同 、 延时不同的线性调 频信号叠加 。利用式 ( 8 ) 可以得到此干扰信号的脉 压输出结果为
sjo ( t) = g ( t) 3 psf ( t) =
收稿日期 : 2009 2 01 2 07 修订日期 : 2009 2 04 2 23
2009 年第 3 期
[3]
沈爱国 等 : 基于复卷积的超宽带 SAR 干扰技术
279
法的研究 。 本文从相干干扰的角度来考虑提高干扰效率的 方法 ,如果干扰信号能够与回波信号具有一定的相 干性 ,则干扰信号可以在雷达的信号处理过程中获 取一定的处理增益 , 从而可以提高干扰效率 。利用 雷达发射信号与干扰调制函数进行复卷积产生的干 扰信号经过雷达信号处理系统时可以获得一定的处 理增益 ,从而可以在很大程度上提高干扰效率 。本 文首先对该干扰技术的理论基础进行了阐述 , 并分 析了不同调制函数形式的干扰效果 ; 随后针对低频 超宽带 SAR 的大空变特性分析了方位向聚焦的难 点及对应的解决方法 ; 最后通过仿真对比 ,证明了该 方法的有效性 。
[4 ]
。
1 干扰原理
为了分析基于复卷积的超宽带 SAR 干扰机理 , 首先来讨论超宽带 SAR 目标回波特性 。通常 ,可以 把目标区域及其周围空间视为一线性网络 , 对于固 定或运动目标而言 ,此网络不仅可视为线性的 ,而且 可视为非时变的 。假定超宽带 SAR 作用区域的目 标冲击响应函数为 h ( t) , 那么雷达发射的电磁信号 经过该 线 性 网 络 后 得 到 的 目 标 回 波 为 发 射 信 号 s ( t) 与该冲击响应的卷积 , 即回波信号为 ( 1) sr ( t) = s ( t) 3 h ( t) 其中 3 表示卷积运算 。设 S r (ω) 、 S (ω) 和 H (ω) 分 别为 sr ( t) 、 s ( t) 和 h ( t) 的频谱 , 则可以得到回波信 号的频谱为 ( 2) S r (ω) = S (ω) H (ω) 根据脉冲压缩原理知道 , 该回波信号经脉冲压 缩处理后的输出信号频谱 S o (ω) 为
0 引 言
超宽带 SAR 利用大带宽脉冲压缩信号获得距 离向高分辨率 ,同时利用合成孔径技术获取方位向 的高分辨率 ,从而可以对地物和军事目标进行成像 。 尤其是 P波段的超宽带 SAR 具有很强的穿透特性 , 可以对 丛 林 和 掩 体 中 的 军 事 目 标 进 行 探 测 和 成 [1] 像 。方位向和距离向的高处理增益大大提高了
超宽带 SAR 的抗干扰能力 ,常规的干扰方法难以对 其形成有效的干扰 。随着超宽带 SAR 在军事领域 应用范围的扩大 ,研究针对超宽带 SAR 的新型干扰 技术具有重大的军事意义 。 目前与超宽带 SAR 相关的研究一般是针对常 规 SAR 提出的 ,并往往是从干扰功率的角度分析现 有的噪声干扰 、 假目标欺骗干扰等技术针对高处理 [2] 增益雷达时的战术运用问题 。关于脉冲压缩信 号干扰方法的研究也较多 , 主要侧重于欺骗干扰方
第 3期 2009 年 6 月
Journal of CAE IT
Vol . 4 No. 3 Jun. 2009
基础理论
基于复卷积的超宽带 SAR干扰技术
沈爱国 ,姜秋喜
(电子工程学院 ,合肥 230037 )
摘 要 : 超宽带 SAR 通过二维压缩处理获得了高处理增益 ,大大提高了其抗干扰能力 ,传统的干扰 技术已经无法对超宽带 SAR 实现有效干扰 。利用雷达发射信号与噪声函数进行复卷积形成的干 扰信号 ,在雷达信号处理中可以获得与目标回波信号相当的处理增益 ,从而可以大大降低对干扰功 率的要求 ,因此在超宽带 SAR 干扰技术中具有很大的应用潜力 。噪声函数形式不同 ,其干扰效果 也有明显的区别 。通过理论分析 ,探讨了基于复卷积的干扰技术理论基础及噪声函数形式对干扰 效果的影响 ,并通过仿真实验验证了该方法的有效性 。 关键词 : 超宽带 ; 合成孔径雷达 ; 干扰 ; 卷积 中图分类号 : TN972 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 2 5692 ( 2009 ) 03 2 278 2 05
[5 ]
τ c
2
位置 。由
图 3 随机噪声卷积干扰信号及其脉压输出
于 SAR 雷达系统的响应函数沿距离向具有空变特 性
, 在进行距离迁移校正及方位向压缩处理时 ,
τ c 将对干扰信号按照距离雷达航线 r0 + 处回波的迁 2 移特性进行处理 。对于常规 SAR , 由于其空变特性 不明显 , 干扰信号在方位向可以得到较好的聚焦效 果 , 形成假目标欺骗干扰效果 。但对于超宽带雷达 , 由于其大波束角特性 , 大空变特性无法避免 , 并对成
H (ω) S (ω)
2
」=
( 4)
h ( t) 3 psf ( t)
其中
( 5) 」 称为雷达信号的点扩展函数 , 对于 LFM 信号 , 点扩 展函数为具有 sinc 函数形状的窄脉冲 。可见 , 雷达 回波信号的脉压输出是目标的系统冲击响应函数与 psf ( t) = F
- 1
S (ω)
2
图 1 延迟脉冲串卷积干扰效果
280
2009 年第 3 期
期随机变化 ,则得到的干扰信号在不同的重复周期 不相关 , 其干扰效果类似于随机噪声干扰 , 如图 2 ( a )所示 。为了得到相干的干扰信号 , 在整个合成 孔径内每个脉冲周期需要采用相同的脉冲串 。此时 干扰信号在方位向同样可以获得处理增益 , 形成虚 假的点目标干扰信号 ,仿真结果如图 2 ( b )所示 。该 图中雷达信号带宽为 200 MHz, 中心频率为 5 GHz, 方位向分辨率 1 m。如果将雷达信号中心频率改为 500 MHz,此时分数带宽为 40% ,符合超宽带信号定 义 ,得到的仿真结果如图 2 ( c ) 所示 。可见 , 在低频 超宽带 SAR 中图像中干扰图像在方位向出现散焦 现象 ,下面将简单分析其原因及其改善方法 。