合成孔徑雷達壓制干擾效果分析

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種二維成像雷達，它利用雷達與目標的相對運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，具有全天時、全天候、強透射性、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干擾設備性能的一項重要綜合性指標。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，定量的方法和標準很少。本文把保護距離概念引入對SAR干擾效果的評估，進行了計算機仿真，對上述評估準則和指標體系進行了初步仿真驗證，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檢測我方目標信息的戰(zhàn)術、技術措施的統(tǒng)稱，包括掩蓋目標和制造假目標。其中SAR干擾設備中的偵察設備接收SAR發(fā)射的直達信號，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)果提供給干擾機和其他有關的設備。這樣，干擾機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入對方SAR接收機，從而使對方難以從回波信號中檢測出目標信息，達到干擾的目的。所謂壓制性干擾就是產(chǎn)生噪聲或噪聲樣的干擾信號進入敵方SAR接收機去壓制或淹沒有用信號(目標回波)，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信息。壓制性干擾技術就是使強干擾功率的噪聲進入對方SAR接收機，盡可能降低信噪比，造成雷達對目標檢測的困難。

SAR通過對接收到的回波信號進行二維相關處理來重構目標場，即通過距離向的脈沖壓縮技術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)上是地面目標的雷達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，像素的亮度對應于分辨單元回波經(jīng)距離維和方位維壓縮后的信號強度。因此，SAR干擾方程的推導是從對分辨單元的回波的壓制出發(fā)。

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

設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為雷達發(fā)射功率；Gt為雷達天線增益；λ為雷達工作波長；σ為分辨單元的有效散射面積；Ld為雷達各種損耗；Rt為雷達到回波分辨單元的直線距離；N=Na?Nr為雷達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為干擾機發(fā)射功率；Gj為干擾機天線增益；Rj為雷達到干擾機的直線距離；λ為雷達工作波長；Gt(θ)為SAR在干擾進入方向的天線增益；Lj為干擾機各種損耗；γj為極化失配損耗；Nj為干擾信號處理增益；Br為雷達帶寬；Bj為干擾機工作帶寬。

2 干擾模型

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

當分辨單元取在SAR偵察條帶的近點、中點和遠點處時，容易看出遠點處Rt最大，且回波進入SAR天線為-3 dB處，回波功率最??；近點的Rt最小，但回波進入SAR天線為-3 dB處；中點Rt稍大，但回波進SAR天線為0 dB處。故可將分辨單元位置取在中點處，設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 干擾機到雷達距離的計算

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

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

2.4 二維處理增益的計算

式中：c為光速，c=3×108m／s；lr，la分別為距離向和方位向的分辨率；φ為入射余角；τ為雷達脈沖寬度；βa為方位向波束寬度；Rt為雷達到分辨單元的距離。

3 仿 真

參數(shù)選擇：SAR海拔高度，680 km；平均地球曲率半徑，6 378 km；光速，3.0×108m／s；SAR脈寬，20μs；SAR發(fā)射功率，5 kW；SAR天線增益，41 dB；壓制系數(shù)，-10 dB；SAR發(fā)射損耗，-3 dB；SAR分辨單元，3 m×3 m；SAR波束寬度，0.8°×3.2°；極化損耗，-3 dB；干擾機發(fā)射損耗，-3 dB；干擾處理增益，0 dB；計算結(jié)果如下：

20°～50°側(cè)視角干擾保護距離與所需干擾功率關系曲線圖如圖2所示，其中紅色為20°側(cè)視角曲線，綠色為30°側(cè)視角曲線，藍色為40°側(cè)視角曲線，黃色為50°側(cè)視角曲線。不同側(cè)視角下保護相同距離所需干擾功率關系曲線如圖3所示。

4 結(jié) 語

從以上分析計算可以看出，假設干擾機輻射的有效輻射功率為70 dBw，對SAR實施干擾，最少能保護直徑700 km的距離范圍。

本文就SAR壓制干擾效果進行了推理和淺析，給出了干擾保護距離計算的數(shù)學模型，并進行了計算機仿真和干擾效果評估。結(jié)果表明，采用保護距離評估方法可以獲得定量的評估結(jié)論，這種方法可以有效地對壓制干擾效果進行定量評估。