合成孔径雷达压制干扰效果分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种二维成像雷达，它利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，具有全天时、全天候、强透射性、高分辨率等优点。干扰效果是衡量干扰模式有效性以及雷达干扰设备性能的一项重要综合性指标。定量地评估干扰效果非常重要，但目前对SAR干扰效果的评估，定量的方法和标准很少。本文把保护距离概念引入对SAR干扰效果的评估，进行了计算机仿真，对上述评估准则和指标体系进行了初步仿真验证，得出了SAR压制干扰效果的定量评估方法。

1 SAR干扰原理

SAR干扰就是一切用电子的方法破坏和扰乱敌方SAR检测我方目标信息的战术、技术措施的统称，包括掩盖目标和制造假目标。其中SAR干扰设备中的侦察设备接收SAR发射的直达信号，测量其方向、频率和其他调制参数，然后根据已经掌握的信号先验信息和知识，判断该SAR的功能、工作状态和威胁程度等，并将各种信号处理的结果提供给干扰机和其他有关的设备。这样，干扰机就可以按照控制命令产生多种合适的干扰或噪声信号进入对方SAR接收机，从而使对方难以从回波信号中检测出目标信息，达到干扰的目的。所谓压制性干扰就是产生噪声或噪声样的干扰信号进入敌方SAR接收机去压制或淹没有用信号(目标回波)，使之对其侦察区域的成像质量下降甚至变得模糊不清，从而使对方难以从SAR图像中检测到足够的目标信息。压制性干扰技术就是使强干扰功率的噪声进入对方SAR接收机，尽可能降低信噪比，造成雷达对目标检测的困难。

SAR通过对接收到的回波信号进行二维相关处理来重构目标场，即通过距离向的脉冲压缩技术和方位向的合成孔径天线原理，对发射的一系列相干信号的回波进行距离维压缩和方位维压缩，从而实现距离维和方位维的高分辨率。SAR所获得的图像本质上是地面目标的雷达反射特性的二维记录，即距离一方位图像。其中分辨单元与图像像素相应，像素的亮度对应于分辨单元回波经距离维和方位维压缩后的信号强度。因此，SAR干扰方程的推导是从对分辨单元的回波的压制出发。

干扰机、SAR、成像条带的空间位置如图1所示。A为干扰发射机位置，B为SAR位置，C为SAR到地面的垂直点。

设分辨单元的有效散射截面为σ，收到分辨单元的回波功率：

式中：pt为雷达发射功率；Gt为雷达天线增益；λ为雷达工作波长；σ为分辨单元的有效散射面积；Ld为雷达各种损耗；Rt为雷达到回波分辨单元的直线距离；N=Na?Nr为雷达方位向与距离向处理增益的乘积。

SAR收到的干扰功率为：

式中：Pj为干扰机发射功率；Gj为干扰机天线增益；Rj为雷达到干扰机的直线距离；λ为雷达工作波长；Gt(θ)为SAR在干扰进入方向的天线增益；Lj为干扰机各种损耗；γj为极化失配损耗；Nj为干扰信号处理增益；Br为雷达带宽；Bj为干扰机工作带宽。

2 干扰模型

通过上面对SAR的干扰原理的分析，可以建立雷达压制干扰的数学模型，如图1所示，其干扰模型的内容包括分辨单元RCS的计算，雷达到分辨单元的距离计算和干扰机到雷达距离的计算。具体如下：

2.1 分辨单元RCS计算

式中，σ为分辨单元的RCS；k1，k2分别为距离向和方位向的加权系数，在此都取0.8；lr，la分别为距离向和方位向的分辨率；σ0为分辨单元的后向散射系数；φ为分辨单元处的入射余角。

2.2 雷达到分辨单元的距离计算

当分辨单元取在SAR侦察条带的近点、中点和远点处时，容易看出远点处Rt最大，且回波进入SAR天线为-3 dB处，回波功率最小；近点的Rt最小，但回波进入SAR天线为-3 dB处；中点Rt稍大，但回波进SAR天线为0 dB处。故可将分辨单元位置取在中点处，设SAR海拔高度为H，侧视角为β，距离向波束宽度βr，则：

式中：ae为平均地球曲率半径，6 378 km。

2.3 干扰机到雷达距离的计算

假设干扰机处于SAR侦察条带的中轴线上，设SAR海拔高度为H，侧视角为β，距离向波束宽度为βr，干扰进入角为θ，则：

式中l等于雷达到分辨单元的距离Rt；y为雷达分辨单元到干扰机的距离。

2.4 二维处理增益的计算

式中：c为光速，c=3×108m／s；lr，la分别为距离向和方位向的分辨率；φ为入射余角；τ为雷达脉冲宽度；βa为方位向波束宽度；Rt为雷达到分辨单元的距离。

3 仿 真

参数选择：SAR海拔高度，680 km；平均地球曲率半径，6 378 km；光速，3.0×108m／s；SAR脉宽，20μs；SAR发射功率，5 kW；SAR天线增益，41 dB；压制系数，-10 dB；SAR发射损耗，-3 dB；SAR分辨单元，3 m×3 m；SAR波束宽度，0.8°×3.2°；极化损耗，-3 dB；干扰机发射损耗，-3 dB；干扰处理增益，0 dB；计算结果如下：

20°～50°侧视角干扰保护距离与所需干扰功率关系曲线图如图2所示，其中红色为20°侧视角曲线，绿色为30°侧视角曲线，蓝色为40°侧视角曲线，黄色为50°侧视角曲线。不同侧视角下保护相同距离所需干扰功率关系曲线如图3所示。

4 结 语

从以上分析计算可以看出，假设干扰机辐射的有效辐射功率为70 dBw，对SAR实施干扰，最少能保护直径700 km的距离范围。

本文就SAR压制干扰效果进行了推理和浅析，给出了干扰保护距离计算的数学模型，并进行了计算机仿真和干扰效果评估。结果表明，采用保护距离评估方法可以获得定量的评估结论，这种方法可以有效地对压制干扰效果进行定量评估。