鄭光勇，高 磊，劉國(guó)柱

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471003）

0 引言

逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）是一種微波成像雷達(dá)，利用寬頻帶信號(hào)提高距離向分辨力、利用目標(biāo)由轉(zhuǎn)動(dòng)分量帶來(lái)的多普勒效應(yīng)提高方位分辨力，從而得到被探測(cè)目標(biāo)（如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等）的高分辨率微波圖像［1］。由于ISAR在目標(biāo)識(shí)別方面的巨大作用，其在軍事上得到廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的GBR即采用ISAR體制，它能夠從彈頭、碎片和各種誘餌中分辨出真實(shí)彈頭，為導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地提供目標(biāo)信息［2－3］。由于ISAR 在軍事上的巨大作用，ISAR 對(duì)抗技術(shù)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

ISAR對(duì)抗方法主要包括：無(wú)源干擾，壓制干擾和欺騙干擾等。文獻(xiàn)［4～8］為近年來(lái)較有代表性的ISAR干擾方面的論文，分別提出了不同的干擾方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)ISAR的壓制和欺騙等干擾效果。這些干擾方法基本上都是對(duì)ISAR雷達(dá)的成像環(huán)節(jié)進(jìn)行干擾，并認(rèn)為ISAR信號(hào)能夠獲得很高的二維處理增益，因此要對(duì)ISAR雷達(dá)實(shí)施有效干擾，需要很高的干擾功率或者設(shè)計(jì)復(fù)雜的干擾算法。

實(shí)際上，ISAR雷達(dá)在成像過(guò)程中，需要經(jīng)歷對(duì)目標(biāo)的窄帶跟蹤、寬帶信號(hào)發(fā)射與接收、距離壓縮、包絡(luò)對(duì)齊、初相校正、方位壓縮等典型的處理過(guò)程，這是一個(gè)串行的處理過(guò)程，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)受到干擾，都能對(duì)ISAR的成像產(chǎn)生影響。因此，根據(jù)ISAR成像過(guò)程的特點(diǎn)，本文認(rèn)為可以對(duì)ISAR采取綜合對(duì)抗措施，這能夠有效地提高干擾效果，并降低干擾信號(hào)生成的復(fù)雜程度。

1 ISAR成像流程分析

ISAR對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像，為了形成高清晰圖像，需要發(fā)射帶寬從幾百兆赫茲到上吉赫茲的寬帶信號(hào)；為了提高探測(cè)距離，信號(hào)脈寬通常達(dá)到上百微秒。ISAR信號(hào)的大帶寬和大脈寬特征極大地增加了雷達(dá)信號(hào)處理的負(fù)擔(dān)，因此，ISAR雷達(dá)在寬帶成像時(shí)，通常只在被成像目標(biāo)附近開一個(gè)距離窗，只記錄和處理此距離窗內(nèi)的目標(biāo)回波信號(hào)。因此能夠事先跟蹤上目標(biāo)是成像的基礎(chǔ)。

為了解決目標(biāo)跟蹤和成像問(wèn)題，ISAR成像系統(tǒng)通常采用交替發(fā)射窄帶信號(hào)和寬帶信號(hào)的工作模式，發(fā)射窄帶信號(hào)進(jìn)行跟蹤，發(fā)射寬帶信號(hào)進(jìn)行成像。ISAR在接收到目標(biāo)的寬帶回波信號(hào)后，可以采用直接脈沖壓縮或去斜處理等不同的距離壓縮處理方法，然后經(jīng)歷包絡(luò)對(duì)齊、平動(dòng)補(bǔ)償和方位向壓縮等處理，實(shí)現(xiàn)ISAR對(duì)目標(biāo)的成像。圖1是一個(gè)典型的直接脈沖壓縮ISAR成像的處理流程圖。

圖1 典型的ISAR成像流程

2 ISAR對(duì)抗策略分析

在ISAR成像過(guò)程中，各個(gè)處理環(huán)節(jié)具有不同抗干擾能力，因此，針對(duì)易受干擾的環(huán)節(jié)進(jìn)行干擾，可以取得事半功倍的效果。通過(guò)分析可以看出，在ISAR成像過(guò)程中，窄帶跟蹤、包絡(luò)對(duì)齊、相位校正等是容易受干擾的環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)這些環(huán)節(jié)的組合干擾，能夠影響ISAR雷達(dá)的成像質(zhì)量，甚至使ISAR雷達(dá)無(wú)法成像。

2.1 對(duì)跟蹤雷達(dá)的干擾

相對(duì)于寬帶雷達(dá)信號(hào)，窄帶雷達(dá)信號(hào)的時(shí)寬－帶寬積更小，其在進(jìn)行脈沖壓縮時(shí)，獲得的處理增益更小，因此更容易被干擾。對(duì)窄帶雷達(dá)的有源干擾方法很多，包括：噪聲壓制干擾、相干壓制干擾、假目標(biāo)欺騙、密集假目標(biāo)壓制干擾等。各種不同的干擾方法，只要干擾信號(hào)足夠強(qiáng)，都能給對(duì)窄帶雷達(dá)形成強(qiáng)烈的干擾，使其不能發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)。

在ISAR成像過(guò)程中，窄帶跟蹤模式主要向?qū)拵С上衲Ｊ教峁┠繕?biāo)的位置信息，在干擾時(shí)，只要使雷達(dá)不能及時(shí)地獲取真實(shí)目標(biāo)的位置信息，即可實(shí)現(xiàn)有效的干擾。因此，考慮當(dāng)前干擾技術(shù)的發(fā)展水平和硬件條件，采用密集多假目標(biāo)干擾能夠形成良好的干擾效果。

對(duì)窄帶跟蹤雷達(dá)實(shí)施密集多假目標(biāo)干擾的仿真如圖2所示。可以看出，實(shí)施多假目標(biāo)的干擾，從視覺(jué)上難以區(qū)分真假目標(biāo)；即便是采取各種自動(dòng)跟蹤識(shí)別措施，在假目標(biāo)足夠密集時(shí)，雷達(dá)也難以剔除干擾，發(fā)現(xiàn)真目標(biāo)。

圖2 密集多假目標(biāo)壓制干擾仿真圖

由于多假目標(biāo)干擾多采用數(shù)字儲(chǔ)頻（DRFM）、數(shù)字化干擾源（DJS）等干擾技術(shù)，使干擾信號(hào)與雷達(dá)回波信號(hào)相參，可以極大地節(jié)省干擾功率，提高了干擾效率［9］，非常適合于戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器的自衛(wèi)式干擾。

2.2 對(duì)ISAR一維像的干擾

ISAR進(jìn)行距離向脈沖壓縮后，形成各重頻周期的距離向一維像，通過(guò)進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊，提供給下一步的平動(dòng)補(bǔ)償和方位向脈沖壓縮處理。如果一維像受到嚴(yán)重干擾，無(wú)法進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊，則不能進(jìn)行下一步的處理，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)成像與識(shí)別。與對(duì)普通雷達(dá)干擾一樣，只要干擾信號(hào)的功率足夠大，便能形成有效的干擾，使ISAR的距離向一維像無(wú)法識(shí)別和處理。

相對(duì)于二維成像能夠獲得二維處理增益，一維像只獲得了脈沖壓縮的一維處理增益，因此從功率方面看，對(duì)一維像進(jìn)行干擾，干擾信號(hào)功率可以更小，更為容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)目標(biāo)搭載干擾機(jī)進(jìn)行自衛(wèi)式干擾時(shí)，干擾信號(hào)從ISAR天線的主瓣進(jìn)入，因此可以給出對(duì)距離向一維像的干擾方程為：

式中，PtGt、PjGj分別為雷達(dá)和干擾機(jī)的等效輻射功率，k為干擾信號(hào)的功率系數(shù)；σ、R分別為目標(biāo)的RCS和距離；Lr、Lj分別為雷達(dá)信號(hào)和干擾信號(hào)的損耗；Nr、Nj分別為雷達(dá)信號(hào)和干擾信號(hào)一維像處理增益，對(duì)于線性調(diào)頻雷達(dá)而言，Nr＝Bτ。

從干擾方程可以看出，雖然雷達(dá)信號(hào)能得到一維處理增益，但是由于干擾信號(hào)為單程信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)為雙程信號(hào)，因此即便采取噪聲干擾，只要有適當(dāng)?shù)母蓴_功率，也能得到較好的干擾效果，使雷達(dá)的一維像難以辨別，從而無(wú)法進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊以后的處理。在民航飛機(jī)的ISAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中加入不同干信比的噪聲干擾的仿真結(jié)果如圖3～5所示。

圖3 一維像干擾仿真結(jié)果

圖4 包絡(luò)對(duì)齊仿真結(jié)果

圖5 二維成像干擾仿真結(jié)果

理論上，ISAR信號(hào)能夠得到40～50dB以上的二維處理增益，噪聲信號(hào)需要超過(guò)ISAR信號(hào)能量40～50dB以上，才能形成完全的壓制干擾。從仿真結(jié)果中可以看出，ISAR雷達(dá)成像時(shí)，10dB的噪聲干擾在ISAR的一維距離像中形成了明顯的干擾，但是在二維成像中由于二維處理增益的作用，10dB的噪聲干擾對(duì)成像幾乎沒(méi)有什么影響。但是在30dB的噪聲干擾作用下，ISAR雷達(dá)的一維像受到干擾，無(wú)法進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊，嚴(yán)重地影響了ISAR的成像效果，無(wú)法識(shí)別目標(biāo)。

2.3 對(duì)相位校正的干擾

ISAR回波信號(hào)在通過(guò)包絡(luò)對(duì)齊處理后，同一個(gè)散射點(diǎn)在不同幀脈沖回波的一維像上的位置基本對(duì)齊，但是在通常情況下，精度還不夠，還需要進(jìn)行相位校正，繼續(xù)消除平動(dòng)分量對(duì)回波相位的影響。目前，常用的相位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ卸喾N，包括：多普勒中心跟蹤法、相位梯度自聚焦法等。如果ISAR相位校正不準(zhǔn)確，也將嚴(yán)重影響其二維成像效果［10］。民航飛機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在相位校正前后的成像效果如圖6所示。

從圖中可以看出，相位校正對(duì)ISAR的二維成像影響很大。實(shí)際上，噪聲干擾能夠?qū)SAR的相位校正產(chǎn)生很大的影響，噪聲信號(hào)能夠使ISAR無(wú)法準(zhǔn)確得到相鄰單元真實(shí)目標(biāo)回波的相位差別，從而使相位補(bǔ)償不準(zhǔn)確。當(dāng)目標(biāo)有強(qiáng)回波點(diǎn)時(shí)，回波強(qiáng)度可能大于噪聲干擾，將有助于其相位校正。為了破壞相位校正，在每個(gè)周期的噪聲干擾中隨機(jī)加入幾個(gè)強(qiáng)假目標(biāo)，使假目標(biāo)強(qiáng)度大于回波強(qiáng)度，并對(duì)假目標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)相位調(diào)制，這將有效地干擾ISAR的相位校正。

圖6 相位校正對(duì)成像的影響

2.4 其他干擾措施

從干擾方程（1）可以看出，目標(biāo)回波信號(hào)的強(qiáng)弱直接影響著雷達(dá)回波信號(hào)的強(qiáng)弱，因此通過(guò)增加目標(biāo)的隱身設(shè)計(jì)，如優(yōu)化目標(biāo)的外形、使用吸波涂層、使用非金屬?gòu)?fù)合材料等，降低目標(biāo)的RCS，可進(jìn)一步強(qiáng)化干擾信號(hào)在正常雷達(dá)信號(hào)面前的功率優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)ISAR成像的數(shù)據(jù)處理原理和特點(diǎn)，提出了對(duì)ISAR成像的綜合對(duì)抗方法，通過(guò)多種干擾措施，力求使ISAR看不見(jiàn)目標(biāo)、跟不上目標(biāo)、對(duì)不齊回波、成不了二維圖像，有效地破壞ISAR雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的成像，從而使ISAR無(wú)法得到清晰準(zhǔn)確的目標(biāo)圖像，無(wú)法辨認(rèn)識(shí)別目標(biāo)。

［1］保錚，邢孟道，王彤.雷達(dá)成像技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［2］馬駿聲.目標(biāo)識(shí)別與GBR地基成像雷達(dá)［J］.航天電子對(duì)抗，1996（4）：1－5.

［3］張興敢.逆合成孔徑雷達(dá)及目標(biāo)識(shí)別［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2001.

［4］白雪茹，孫光才，周峰，等.基于旋轉(zhuǎn)角反射器的ISAR干擾新方法［J］.電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，23（5）：867－872.

［5］崔瑞，薛磊.噪聲壓制干擾對(duì)逆合成孔徑雷達(dá)成像的影響分析［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2008，36（1）：92－96.

［6］李源，陳惠連.基于圖像合成的ISAR欺騙干擾研究［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2007，29（3）：56－59.

［7］張煜，楊紹全，鄭文秀.對(duì)解線調(diào)的ISAR的脈沖加權(quán)調(diào)頻干擾［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（2）：249－252.

［8］祝本玉，薛磊，畢大平.一種有效的逆合成孔徑雷達(dá)散射波干擾方法［J］.電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（1）：193－199.

［9］鄭光勇，李青山，陸洪濤.脈沖截取多假目標(biāo)干擾仿真分析［J］.火力與指揮控制，2012，37（3）：139－141.

［10］馬曉巖.現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012.