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摘要：本文分析讨论了一种对SAR进行多模式干扰的方法。文中首先简要分析了SAR的多模干扰的方式及种类，详细讨论了对SAR进行无源、有源功率压制和欺骗式干扰的具体方法，建立了在三种不同干扰模式下的回波信号的数学模型，为今后的研究奠定了重要的理论基础。最后结合文中建立的相关理论完成了对多点阵目标干扰的成像仿真实验，取得了较为满意的结果。
关键词：合成孔径雷达 干扰 回波信号 模拟
0 引言
合成孔径雷达（SAR）是一种有源、二维相干成像的高分辨率雷达系统。在雷达距离向上它将回波信号的宽脉冲压缩成窄脉冲信号以获取距离向的高分辨率，方位向上通过在一个合成孔径长度上对多次采样信号进行矢量叠加，再经过一些相位补偿措施后使其成为同相信号获取方位向的高分辨。从雷达对抗角度来说，对于SAR的干扰目的就是采用合理的措施，阻止、扰乱或拖延敌方SAR探测系统对己方目标区域的侦查和监测，使敌方获取的战略信息受到抑制或损坏，从而保护自己争取战略主动。根据以往的研究和实践经验来看，单一模式的干扰方法未必能够达到我们实施有效干扰的最终目的，即使可以基本达到目的其所花费的代价也可能过高（如单纯提高干扰发射机的干扰功率后所引起的设备增重、费效比降低等）。本文从电磁波的传播和雷达干扰的基本原理出发，探讨了一种多模式干扰SAR的方法，并取得了较为满意的结果，为后续开展更加深入的研究工作奠定了理论基础。
1 多模式干扰分析
SAR系统的工作过程简单来说就是将目标物体的电磁信息转换为二维或三维（干涉SAR）的图像信息的过程。以成像显示为最终目的决定了在现有的雷达干扰体制下对SAR的有效干扰将包含三种方式，这三种干扰模式分别是无源干扰模式、功率有源压制干扰模式和欺骗式干扰模式，这三种模式构成了一个干扰网络，如何布局并合理地实施这个网络系统，将考验是否能够完成对SAR的有效对抗。在后续的小结中我们将进一步地讨论这三种模式的干扰方法。
2 无源干扰模式
SAR的无源干扰就是利用无源器材（主要有雷达角反射器，伪装网和雷达诱饵等）人为刻意地改变从SAR发射的雷达电磁波的传播路径，削弱或增强电磁波对目标的散射场，以期改变接收信号的形式，并在SAR图像中制造虚假目标或掩盖真实目标，降低图像的识别率。这里我们以一种雷达直角二面角反射器为研究对象，讨论无源干扰模式的影响。作为雷达角反射器，它利用自身的物理结构特性使电磁波照射到上面时发生镜面反射、透射、绕射和聚集等效应，波从来波的方向反射回去增强了散射场，从而达到隐藏自身原散射的目的。根据电磁计算的原理我们可以模拟计算得到直角二面角反射器的RCS曲线如图1所示：
按照SAR回波信号原理，我们可以写出SAR在受到无源干扰时基带内的回波信号的数学模型为：
在上式中Pt为雷达发射功率；Ls为信号传播综合损耗；Gt为雷达发射天线增益；Gr为雷达接收天线增益；Rjref(t)为角反射器质心与雷达的瞬时斜距；σjref为角反射器后向散射参数。如果无源干扰是由“W”个角反器组成的阵列构成的，那么其回波的模型将变为：
3 功率压制干扰模式
目前就大部分的SAR系统而言都是工作在宽频带范围内，因此在功率压制干扰中我们将采用“阻塞式干扰”的干扰模式。阻塞式干扰的具体方法就是让干扰机在一个较宽的频段范围内发射干扰噪声，使干扰噪声的频段覆盖SAR的工作频带这样在雷达的通带内有用信号的能量被干扰抑制掉了。在阻塞式干扰的实施过程中，我们选用噪声调频干扰信号作为对SAR进行有源功率压制干扰的信号形式。噪声调频干扰信号是一种广义平稳随机过程，符合阻塞式干扰的各项要求，其载波的瞬时频率随调制电压（为一噪声信号）的变化而变化，而振幅确保持不变。雷达接收到的噪声调频干扰信号模型的数学表达式为：
在（3）式中，λj为干扰机工作波长；Pj为干扰机发射平均功率； Lj为干扰发射信号的综合损耗；Lr为雷达接收综合损耗；Rj(t)为干扰机与雷达的距离；Gv(θj)为雷达天线方向图在干扰方向上的电压增益；Gj为干扰天线电压增益；KRF为射频电压放大系数；Un(t)为零均值的广义平稳随机过程；ωj为载频常数；φ(t)为服从[0，2π] 均匀分布的函数，且与Un(t)独立；U0为噪声调频信号的幅度；KFM为调频斜率。
4 欺骗式干扰模式
机载SAR与欺骗式干扰发射机和假目标P的位置关系如图2所示，我们可以知道欺骗式干扰机位于（xG，yG，zG）坐标点上，假设我们需要产生的假目标位于（xP，yP，zP）坐标处，干扰机与假目标与载机飞行航线的垂直距离分别为RGO和RPO，任意时刻t干扰机和假目标与载机的距离为RG(t)和RP(t)，这里我们假设载机飞行高度为H，匀速飞行速度为v。任意时刻载机与目标的斜距为：
其中：
进一步近似得：
欺骗干扰的目的就是要使位于（xG，yG，zG）处的干扰源能够产生出位于（xP，yP，zP）处的假目标信号。根据雷达回波延时定义我们知道位于（xP，yP，zP）的点目标延时为：
干扰机发射干扰信号到被SAR接收应为单程信号，其所经历的时间为：
当干扰机产生出假目标点处的信号时它们之间应该满足时间延时上的相等关系即为：
在上式中△τ为干扰机与假目标之间的时间延时差。将（7）和（8）两式代入（9）中，经变换可以得到：
进一步将上式可以写为：
由以上推导我们可以知道，只要干扰发射机调整不同的时延参数△τ，就可以产生出不同位置处的目标信号。根据以上推导我们可以得出SAR欺骗式干扰信号产生的假回波数学模型为：
在上式中σj为假目标电磁散射参数；Trj为干扰假信号的脉冲重复周期（一般采用数字信号处理方法测得）；RG(t)为干扰机与载机的瞬时距离；△τ为干扰机产生的假目标调制延迟时间；τcj为干扰机发射脉冲信号的脉冲宽度；Krj为干扰机发射脉冲信号的调频指数；λj为干扰机模拟雷达波束的波长；fcj为干扰机发射信号的载频； Aj(t)为干扰机发射信号的幅度函数，其具体表达式为：
在式中Pj干扰机发射平均功率；Br雷达接收机带宽；Bj干扰信号带宽；Lj干扰机发射信号综合损耗；Lr雷达接收机综合损耗；Gv(θj)雷达天线方向图在干扰方向上的电压增益；Gj干扰天线电压增益。如果要产生多点假目标（12）式可以写为：
SAR在受到无源干扰、调频干扰和欺骗式干扰后总的回波信号为：
式中Sr(·)为SAR原始回波信号，SjrFM(·)为调频干扰信号，Srj(·)为欺骗干扰信号，Srjref(·)为无源干扰信号。
5 仿真试验
在本次仿真试验中，我们模拟机载SAR对8点“X”型点阵目标探测时受到欺骗干扰、无源干扰和有源功率压制干扰的情况。模拟过程中假定两种干扰机都能正常工作且不会产生相互影响，未干扰SAR时它可以获得3dB信噪比的图像(S/N=3dB)，点阵中心点与载机航线的距离为12公里，调频干扰机位于(100，10000，0)(单位:米)处，欺骗式干扰机位于(200，10000，0)(单位:米)处，产生的假目标1位于(0，10300，0)(单位:米)，假目标2位于(100，10300，0)(单位:米)处。当加入二面角反射器时，其中心点位于(0，10000，0)(单位:米)处，我们假设角反器占据1个分辨单元的大小，点阵目标具有相同的散射系数为1dB，系统仿真参数如表1所示：
在图3中我们模拟了一个由8个点目标构成的“X”型的点阵像，在图4中加入了由欺骗式干扰机产生的两个假点目标，由图中我们可以看到由于假目标的出现使得原有点阵形式发生了变化。在图5中我们又进一步在点阵中心位置处加入了二面角雷达反射器，这里我们假设角反器是一个占据一个分辨单元的物体，从模拟图像上来看由于角反器产生的强散射作用掩盖了其余目标的图像。图6、7中，我们分别模拟了施加不同干扰功率的情况下混合模式的干扰效果。
6 小结
本文主要研究了一种对于机载SAR进行混合多模式干扰的方法，得到了目标在多种干扰模式下的SAR图像仿真结果。从所得结果可以看出仿真实验研究与理论分析基本相符，说明了混合模式的应用对SAR的干扰作用显著，只要安排合理会收到很好的干扰效果。但是也应看到此次仿真实验是在诸多理想假设条件基础之上得到的，并未考虑到多种干扰模式共存时相互之间的干扰问题。在真实场景中实验结果不可避免的要受到环境、载机非匀速直线运动，干扰机工作状况等情况的影响，这些外部因素都会降低对SAR的干扰效果，因此还需要不断地改进方法，提高干扰效果。
参考文献：
[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社.1999.
[2]刁鸣.雷达对抗技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2005.
[3]张锡祥，刘永坚，王国宏.和平时期电子战技术与应用—雷达对抗篇[M].北京:电子工业出版社，2005.
[4]Yakov D.Shirman.Computer simulation of Aerial target radar scattering，recognition，detection and tracking[M].London: Artech House，2002.
[5]M.Soumekh.SAR-ECCM using phase-perturbed LFM chirp signals and DRFM repeat jammer penalization[J].IEEE，International Radar Conference 2005，Pages:507-512.
[6]Xiao Fang Wu.Evaluation of SAR Jamming Performance[J].IEEE，2007 International Symposium on Microwave，Antenna，Propagation，and EMC Technologies For Wireless Communications，Pages:1476-1480.
[7]Di Bisceglie，M.，Galdi，C.CFAR detection of extended objects in high-resolution SAR images[J].IEEE，Transactions on geoscience and remote sensing，43(4):833-843.
[8]Zhang Shenghua，Xu Dazhuan.A study on active jamming to synthetic aperture radar[J].2004 3th International Conference on computational Electromagnetics and Its Applications proceedings:403-405.
[9]黄培康，殷红成，徐小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社，2005.
[10]王国玉，汪连栋.雷达电子战系统数学仿真与评估[M].北京:国防工业出版社，2004.
作者简介：张娟，女，1976年出生，陕西兴平人，工程师，研究方向为机电工程。
关键词：合成孔径雷达 干扰 回波信号 模拟
0 引言
合成孔径雷达（SAR）是一种有源、二维相干成像的高分辨率雷达系统。在雷达距离向上它将回波信号的宽脉冲压缩成窄脉冲信号以获取距离向的高分辨率，方位向上通过在一个合成孔径长度上对多次采样信号进行矢量叠加，再经过一些相位补偿措施后使其成为同相信号获取方位向的高分辨。从雷达对抗角度来说，对于SAR的干扰目的就是采用合理的措施，阻止、扰乱或拖延敌方SAR探测系统对己方目标区域的侦查和监测，使敌方获取的战略信息受到抑制或损坏，从而保护自己争取战略主动。根据以往的研究和实践经验来看，单一模式的干扰方法未必能够达到我们实施有效干扰的最终目的，即使可以基本达到目的其所花费的代价也可能过高（如单纯提高干扰发射机的干扰功率后所引起的设备增重、费效比降低等）。本文从电磁波的传播和雷达干扰的基本原理出发，探讨了一种多模式干扰SAR的方法，并取得了较为满意的结果，为后续开展更加深入的研究工作奠定了理论基础。
1 多模式干扰分析
SAR系统的工作过程简单来说就是将目标物体的电磁信息转换为二维或三维（干涉SAR）的图像信息的过程。以成像显示为最终目的决定了在现有的雷达干扰体制下对SAR的有效干扰将包含三种方式，这三种干扰模式分别是无源干扰模式、功率有源压制干扰模式和欺骗式干扰模式，这三种模式构成了一个干扰网络，如何布局并合理地实施这个网络系统，将考验是否能够完成对SAR的有效对抗。在后续的小结中我们将进一步地讨论这三种模式的干扰方法。
2 无源干扰模式
SAR的无源干扰就是利用无源器材（主要有雷达角反射器，伪装网和雷达诱饵等）人为刻意地改变从SAR发射的雷达电磁波的传播路径，削弱或增强电磁波对目标的散射场，以期改变接收信号的形式，并在SAR图像中制造虚假目标或掩盖真实目标，降低图像的识别率。这里我们以一种雷达直角二面角反射器为研究对象，讨论无源干扰模式的影响。作为雷达角反射器，它利用自身的物理结构特性使电磁波照射到上面时发生镜面反射、透射、绕射和聚集等效应，波从来波的方向反射回去增强了散射场，从而达到隐藏自身原散射的目的。根据电磁计算的原理我们可以模拟计算得到直角二面角反射器的RCS曲线如图1所示：
按照SAR回波信号原理，我们可以写出SAR在受到无源干扰时基带内的回波信号的数学模型为：
在上式中Pt为雷达发射功率；Ls为信号传播综合损耗；Gt为雷达发射天线增益；Gr为雷达接收天线增益；Rjref(t)为角反射器质心与雷达的瞬时斜距；σjref为角反射器后向散射参数。如果无源干扰是由“W”个角反器组成的阵列构成的，那么其回波的模型将变为：
3 功率压制干扰模式
目前就大部分的SAR系统而言都是工作在宽频带范围内，因此在功率压制干扰中我们将采用“阻塞式干扰”的干扰模式。阻塞式干扰的具体方法就是让干扰机在一个较宽的频段范围内发射干扰噪声，使干扰噪声的频段覆盖SAR的工作频带这样在雷达的通带内有用信号的能量被干扰抑制掉了。在阻塞式干扰的实施过程中，我们选用噪声调频干扰信号作为对SAR进行有源功率压制干扰的信号形式。噪声调频干扰信号是一种广义平稳随机过程，符合阻塞式干扰的各项要求，其载波的瞬时频率随调制电压（为一噪声信号）的变化而变化，而振幅确保持不变。雷达接收到的噪声调频干扰信号模型的数学表达式为：
在（3）式中，λj为干扰机工作波长；Pj为干扰机发射平均功率； Lj为干扰发射信号的综合损耗；Lr为雷达接收综合损耗；Rj(t)为干扰机与雷达的距离；Gv(θj)为雷达天线方向图在干扰方向上的电压增益；Gj为干扰天线电压增益；KRF为射频电压放大系数；Un(t)为零均值的广义平稳随机过程；ωj为载频常数；φ(t)为服从[0，2π] 均匀分布的函数，且与Un(t)独立；U0为噪声调频信号的幅度；KFM为调频斜率。
4 欺骗式干扰模式
机载SAR与欺骗式干扰发射机和假目标P的位置关系如图2所示，我们可以知道欺骗式干扰机位于（xG，yG，zG）坐标点上，假设我们需要产生的假目标位于（xP，yP，zP）坐标处，干扰机与假目标与载机飞行航线的垂直距离分别为RGO和RPO，任意时刻t干扰机和假目标与载机的距离为RG(t)和RP(t)，这里我们假设载机飞行高度为H，匀速飞行速度为v。任意时刻载机与目标的斜距为：
其中：
进一步近似得：
欺骗干扰的目的就是要使位于（xG，yG，zG）处的干扰源能够产生出位于（xP，yP，zP）处的假目标信号。根据雷达回波延时定义我们知道位于（xP，yP，zP）的点目标延时为：
干扰机发射干扰信号到被SAR接收应为单程信号，其所经历的时间为：
当干扰机产生出假目标点处的信号时它们之间应该满足时间延时上的相等关系即为：
在上式中△τ为干扰机与假目标之间的时间延时差。将（7）和（8）两式代入（9）中，经变换可以得到：
进一步将上式可以写为：
由以上推导我们可以知道，只要干扰发射机调整不同的时延参数△τ，就可以产生出不同位置处的目标信号。根据以上推导我们可以得出SAR欺骗式干扰信号产生的假回波数学模型为：
在上式中σj为假目标电磁散射参数；Trj为干扰假信号的脉冲重复周期（一般采用数字信号处理方法测得）；RG(t)为干扰机与载机的瞬时距离；△τ为干扰机产生的假目标调制延迟时间；τcj为干扰机发射脉冲信号的脉冲宽度；Krj为干扰机发射脉冲信号的调频指数；λj为干扰机模拟雷达波束的波长；fcj为干扰机发射信号的载频； Aj(t)为干扰机发射信号的幅度函数，其具体表达式为：
在式中Pj干扰机发射平均功率；Br雷达接收机带宽；Bj干扰信号带宽；Lj干扰机发射信号综合损耗；Lr雷达接收机综合损耗；Gv(θj)雷达天线方向图在干扰方向上的电压增益；Gj干扰天线电压增益。如果要产生多点假目标（12）式可以写为：
SAR在受到无源干扰、调频干扰和欺骗式干扰后总的回波信号为：
式中Sr(·)为SAR原始回波信号，SjrFM(·)为调频干扰信号，Srj(·)为欺骗干扰信号，Srjref(·)为无源干扰信号。
5 仿真试验
在本次仿真试验中，我们模拟机载SAR对8点“X”型点阵目标探测时受到欺骗干扰、无源干扰和有源功率压制干扰的情况。模拟过程中假定两种干扰机都能正常工作且不会产生相互影响，未干扰SAR时它可以获得3dB信噪比的图像(S/N=3dB)，点阵中心点与载机航线的距离为12公里，调频干扰机位于(100，10000，0)(单位:米)处，欺骗式干扰机位于(200，10000，0)(单位:米)处，产生的假目标1位于(0，10300，0)(单位:米)，假目标2位于(100，10300，0)(单位:米)处。当加入二面角反射器时，其中心点位于(0，10000，0)(单位:米)处，我们假设角反器占据1个分辨单元的大小，点阵目标具有相同的散射系数为1dB，系统仿真参数如表1所示：
在图3中我们模拟了一个由8个点目标构成的“X”型的点阵像，在图4中加入了由欺骗式干扰机产生的两个假点目标，由图中我们可以看到由于假目标的出现使得原有点阵形式发生了变化。在图5中我们又进一步在点阵中心位置处加入了二面角雷达反射器，这里我们假设角反器是一个占据一个分辨单元的物体，从模拟图像上来看由于角反器产生的强散射作用掩盖了其余目标的图像。图6、7中，我们分别模拟了施加不同干扰功率的情况下混合模式的干扰效果。
6 小结
本文主要研究了一种对于机载SAR进行混合多模式干扰的方法，得到了目标在多种干扰模式下的SAR图像仿真结果。从所得结果可以看出仿真实验研究与理论分析基本相符，说明了混合模式的应用对SAR的干扰作用显著，只要安排合理会收到很好的干扰效果。但是也应看到此次仿真实验是在诸多理想假设条件基础之上得到的，并未考虑到多种干扰模式共存时相互之间的干扰问题。在真实场景中实验结果不可避免的要受到环境、载机非匀速直线运动，干扰机工作状况等情况的影响，这些外部因素都会降低对SAR的干扰效果，因此还需要不断地改进方法，提高干扰效果。
参考文献：
[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社.1999.
[2]刁鸣.雷达对抗技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2005.
[3]张锡祥，刘永坚，王国宏.和平时期电子战技术与应用—雷达对抗篇[M].北京:电子工业出版社，2005.
[4]Yakov D.Shirman.Computer simulation of Aerial target radar scattering，recognition，detection and tracking[M].London: Artech House，2002.
[5]M.Soumekh.SAR-ECCM using phase-perturbed LFM chirp signals and DRFM repeat jammer penalization[J].IEEE，International Radar Conference 2005，Pages:507-512.
[6]Xiao Fang Wu.Evaluation of SAR Jamming Performance[J].IEEE，2007 International Symposium on Microwave，Antenna，Propagation，and EMC Technologies For Wireless Communications，Pages:1476-1480.
[7]Di Bisceglie，M.，Galdi，C.CFAR detection of extended objects in high-resolution SAR images[J].IEEE，Transactions on geoscience and remote sensing，43(4):833-843.
[8]Zhang Shenghua，Xu Dazhuan.A study on active jamming to synthetic aperture radar[J].2004 3th International Conference on computational Electromagnetics and Its Applications proceedings:403-405.
[9]黄培康，殷红成，徐小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社，2005.
[10]王国玉，汪连栋.雷达电子战系统数学仿真与评估[M].北京:国防工业出版社，2004.
作者简介：张娟，女，1976年出生，陕西兴平人，工程师，研究方向为机电工程。