总第１９２期
２０１０年第６期
舰船电子工程
ＳｈｉｐＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．３０Ｎｏ．６
８４
点频干扰下的ＳＡＲ回波模拟和成像‘
张崇会Ｄ冷曙光２’李相平２’宋瑞华２’
（９２８１９部队”大连１１６６００）（海军航空工程学院２’烟台２６４００１）
为研究对象，分析了不同干信比下的点频干扰对成像效果的影响，仿真表明理论分析的正确性，得到了点频干扰可以影响不同距离目标的成像效果的结论。
关键词鲫岖回波模拟；点阵目标；点频干扰；成像
中图分类号ＴＮ９７
ＳＡＲＥｃｈｏＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＩｍａｇｉｎｇ－
ＵｎｄｅｒＰｏｉｎｔＳｉｎｇｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｅＪａｍｍｉｎｇ
ＺｈａｎｇＣｈｏｎｇｈｕｉ『１’ＬｅｎｇＳｈｕｇｕａｎ酽’ＬｉＸｉａｎｇｐｉｎ９２’ｓｏｎｇＲｕｉｈｕａ２’（Ｎｏ．９２８１９ＴｒｏｏｐｓｏｆＰＬＡ”，Ｄａｌｉａｎ１１６６００）（ＮａｖａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ２’，Ｙａｎｔａｉ２６４００１）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＳＡＲｅｃｈｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｎｏｉｓｅａｎｄｐｏｉｎｔｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｅｊａｍｍｉｎｇ，ｔｈｅｅｘ－ｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｅｊａｍｍｉｎｇｅｃｈｏｉｓｇｉｖｅｎ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｊａｍｍｉｎｇｓｉｇｎａｌｔＯｉｍａｇｉｎｇｉｓａｎａｌｙｓｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＪＳＲｏｎ３Ｘ３ｐｏｉｎｔａｒｒａｙｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓｉｓｐｒｏｖｅｄｔＯｂｅｒｉｇｈｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｅｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｔａｒｇｅｔｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｎｇｅｉｓｇｅｔ．
Ｋｅｙ
ＷｏｒｄｓＳＡＲｅｃｈｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔａｒｒａｙｔａｒｇｅｔ，ｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｅｊａｒｎｍｉｎｇ，ｉｍａｇｉｎｇ
ＣｌａｓｓＮｔｍｄ硇ｒＴＮ９７
１引言
合成孑Ｌ径雷达（＆气Ｒ）具有全天时、全天候、高分
辨率等特点，＆气Ｒ成像是雷达成像的主流方向，运用广泛，也是研究的热点领域。ＳＡＲ成像需要建立在回波数据的基础上，而真实的回波需要通过实验测得，成本较高，有时难以满足特定的要求，没有较好的灵活性和可重复性，因此，ＳＡＲ回波模拟研究显得尤为重要，它能够根据需要模拟出实验难以测得的数据，缩短研制周期，降低成本。ＳＡＲ回波信号仿真包括点目标和分布目标回波仿真［１］，而点目标回波模拟是＆球回波模拟的基础，它可以验证＆螺系
统的一些重要参数，也能模拟产生一些影响成像算法的不利因素，如距离徙动（㈣、噪声等。
目前，ＳＡＲ回波模拟在国内外已有较为成熟的研究，意大利Ｆｒａｎｃｅｓｃｈｅｔｔｉ研究了一种分布目标模型模拟方法［２］，该方法需要观测地面电磁散射特性数据和地面数字高程模型，前期准备工作比较多，文献［３］提出了一种基于距离时域脉冲相干的优化算法。文献Ｅ４３提出了一种基于点目标回波数据矩阵的回波模拟新方法，该方法采用移位叠加，
和干扰出现后对成像的影响，一些论文考虑了噪声和干扰的影响，但是对不同干信比（ＪＳＲ）下的点频干扰没有系统的研究，本文主要研究讨论点及点阵目标的情形，ＳＡＲ工作方式为正侧视，并针对不同ＪＳＲ下的点频干扰，分析了其对成像的影响，给出了仿真结果。
?收稿日期：２０１０年１月１７日，修回日期：２０１０年２月２５日
作者简介：张崇会，男，硕士研究生，工程师，研究方向：计算机仿真。冷曙光，男，硕士研究生，研究方向：微波毫米波新技术与应用研究。李相平，男，硕士，教授，研究方向：精确制导技术。宋瑞华，男，工程师。研究方向：办公自动化。
万方数据
２０１０年第６期舰船电子工程８５
２ＳＡＲ回波仿真方法
常见的回波仿真方法有距离时域脉冲相关法（ＲＴＰＣ）、距离频域脉冲相关法（ＲＰＰＣ）和二维傅里叶变换法（２ＤＦＴ），ＲＰＰＣ对计算能力要求较高，只有在大型的计算机系统上才能体现算法的优点，２ＤＦＴ可以快速产生大量分布目标信号，而ＲＴＰＣ对点目标和点阵目标场景的模拟较适用。本文研究的是点目标模型，采用ＲＴＰＣ。
文献［５］推导出ＳＡＲ的冲激函数表达式，即点目标的回波信号表达式
ｈ（ｔ，ｒ）＝Ⅳ，［ｒ－－２Ｒ（ｔ）／ｃ］Ｗ。［￡一乙］×ｅｘｐ｛一ｊ４７【ｆｏＲ（ｔ）／ｃ｝ｅｘｐ｛ｊｎＫ，［ｒ－－２Ｒ（ｔ）／ｃ］２）（１）式中ｒ和ｔ分别是快时间和慢时间，阢（ｒ）和矾（￡）分别是距离向和方位向的天线方向性函数，Ｒ（￡）为点目标的斜距。慢时间ｔ表示方位时间，．厂０为载频，考虑到ＳＡＲ的“停一走＿停”的工作方式，故ｔ是离散的，可以用ｎｒｒ表示，Ｔｒ为脉冲重复时间。回波信号ｓ（ｔ，ｒ）就是目标散射系数与该冲激响应进行卷积
ｓ（ｔ，ｒ）＝ｄ（ｚ，ｒ）砭多＾（ｆ，ｒ）（２）ａ（ｔ，ｒ）为区域内的散射系数。对于点及点阵目标，可以逐个计算方位时刻的回波，将一个合成孔径时间里的回波信号进行叠加，得到完整的回波信号
Ｎ。Ｎ，
ｓ（幻）＝∑∑口职［ｒｍ一２Ｒ（ｎ％）／ｃ－］Ｗ，［ｔ—ｔ。］ｎ＝Ｏｍ＝０
×ｅｘｐ｛一ｊ４ｎｆｏＲ（行Ｔｒ）／ｃ）ｅｘｐ｛ｊｎＫ，［ｒｍ一２Ｒ（咒Ｌ）／ｃ］２）（３）其中，Ｍ表示方位上的采样点总数，Ⅳｒ表示距离向的采样点总数，为简化研究，不考虑天线方向图、信号传输衰减等问题，假定Ｗ，（ｒ）、ｗ口（￡）和点目标的散射系数均为１，则上式可化为
Ｎ４Ｎｒ
ｓ（∽）＝∑∑ｅｘｐ｛一ｊ４ｎｆｏＲ（ｎＴｒ）／ｃ｝ｅｘｐ
｛ｊｎＫｒ［％一２Ｒ（ｎＴｒ）／ｃ］２）（４）为了使仿真能更接近实际情形，引入背景噪声ｎ（ｔ，ｒ），则回波ｓ７（￡，ｒ）为
ｓ７（￡，ｒ）＝ｓ（￡，ｒ）十，２（￡，ｒ）（５）３点阵目标在点频干扰下的仿真与分析
在上面理论分析的基础上，设定ＳＡＲ模拟系统的参数值，如表１所示。
表１ＳＡＲ仿真参数
图１无背景噪声
的点回波灰度图
图２有背景噪声
的回波灰度图首先模拟单点目标的回波情形，如图１所示，在加入均值为０方差为１高斯白噪声后的回波如图２所示。从灰度图来看，噪声的影响较为明显，但是因为后续成像时匹配滤波可以有效的抑制噪声的影响，提高信噪比。
随着＆气Ｒ技术研究的深入，有关ＳＡＲ干扰的问扰信号的频带宽度来分，可以分为点频干扰、窄带干扰
信号仅在一个频率点上。考虑到背景噪声在成像过程中的影响较小，以下的分析中忽略了这一因素。
点频干扰信号和目标都存在距离徙动，当选择发射信号带宽里的频率时，则它与雷达匹配滤波函数相关，而且因为干扰信号的回波是单程的，其对应回波信号的功率往往较强。
这里选用的点频为发射信号的载频，在式（３）的基础上，可以得到ＳＡＲ接收的干扰源回波信号为％（￡，ｒ）一Ａｅｘｐ｛一歹２确ｒ）ｅｘｐ｛－－ｊ２ｎｆｏＲ（ｔ）／ｃ）
×ｅｘｐ｛ｉ７ｃＫ，【ｒ～Ｒ（￡）／ｆ１２）（６）其中Ａ表示干扰信号幅度，其距离延时只是由单倍的斜距产生的。而其它的干扰方法如窄带干扰，只需在上式的基础上，扩宽信号的带宽就能得到相应的表达式。
由于单点目标不能全面体现点频干扰的效果，而且仅从回波信号灰度图也不能直观地看出干扰信号的影响，以下采用３×３点阵模型，点与点之间的距离为５０ｍ，为便于充分考虑干扰的影响，把干扰源置于中心点上。考虑到仿真参数的特点，并运用基本的距离多普勒算法（ＲＤＭ）对其成像，该ＲＤＭ忽略了距离弯曲对成像的影响，通过距离和方位上两个一维的ＦＦＴ，并运用线性插值来校正
（下转第９０页）
万方数据
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点频干扰下的SAR回波模拟和成像
作者：张崇会， 冷曙光， 李相平， 宋瑞华， Zhang Chonghui， Leng Shuguang， Li
Xiangping， Song Ruihua
作者单位：张崇会,Zhang Chonghui(92819部队,大连,116600)， 冷曙光,李相平,宋瑞华,Leng
Shuguang,Li Xiangping,Song Ruihua(海军航空工程学院,烟台,264001)
刊名：
舰船电子工程
英文刊名：SHIP ELECTRONIC ENGINEERING
年，卷(期)：2010，30(6)
被引用次数：0次
参考文献(6条)
1.周波SAR原始回波模拟相关技术研究 2007
2.Franceschetti G SARAS:A Synthetic Aperture Radar (SAR) Raw Signal Simulator 1992(1)
3.王力宝.贺照辉.赵红军SAR分布目标原始回波数据模拟 2006(2)
4.陈超.戎建刚一种新的SAR面目标回波模拟快速算法 2008
5.洪文.胡东辉合成孔径雷达成像-算法与实现 2007
6.赵宏峰.张朋.王永生合成孔径雷达欺骗式干扰原理及应用研究 2009(1)
相似文献(2条)
1.学位论文杨志强机载合成孔径雷达回波模拟方法研究2008
回波信号模拟是合成孔径雷达(SAR)模拟技术的基础，它在合成孔径雷达系统集成测试和成像算法的研究中，具有十分重要的作用。在目前的SAR回波数据模拟中，主要以点目标和点阵目标的回波仿真为主。然而，在研究高精度运动补偿算法，SAR制导中的景象匹配算法以及干涉SAR中的相位解缠算法时，点目标仿真已经难以满足要求，需要模拟自然场景的回波数据。传统的回波模拟技术都是以飞行轨迹是理想的直线这个假设为前提的，然而在机载SAR情况下，可能出现较大的轨迹运动误差和姿态指向误差；此时，传统的回波模拟方法不再适用，需要研究新的回波模拟方法。
本论文以工程应用为背景，对机载合成孔径雷达回波模拟方法进行了深入的研究，给出了适用于径向运动误差和姿态指向误差的机载SAR回波模拟方法，并推导了相应的回波信号公式。对SAR地面运动目标回波信号进行了详细分析，给出了适用于分布运动目标的回波模拟方法。所有的回波模拟方法都通过实际SAR系统得到了验证，可以有效的生成回波数据。
论文的主要贡献归纳如下：
(1)给出了SAR自然场景回波模拟框架，它包括物理模型和回波生成算法两部分。分析了回波生成的最优算法和次优算法，指出次优算法是SAR回波模拟的研究热点。
(2)结合自然场景的地形模型和散射模型，提出了一种基于等效散射单元的自然场景后向散射系数的计算方法，详细分析了该方法中使用的距离向斜距近似对回波模拟和成像处理的影响。通过计算机仿真实验，分析了电磁波入射角度、目标相对介电常数和地表粗糙度与后向散射系数之间的关系。
(3)对机载SAR回波信号进行了公式推导和频域分析，指出存在径向运动误差时，传统的二维频域模拟方法不能直接使用。由此，提出了一种适用于径向运动误差的时频域模拟方法，详细分析了该方法的使用条件，并证明了它对于机载SAR系统的适用性。仿真结果表明，该方法的仿真精度高于二维频域模拟方法，计算效率远高于时域模拟方法，可以用于自然场景的回波模拟。
(4)研究了存在姿态指向误差的机载SAR回波模拟方法，给出了适用于波束指向抖动误差和波束指向平均误差的回波模拟方法；针对这两种方法，分别从运算量、存储空间和仿真精度等几个方面进行了深入分析。通过点目标和自然场景的仿真实验，证明了该回波模拟算法的有效性。
(5)研究了合成孔径雷达地面运动目标回波信号的模拟方法，给出了分布目标规则运动时，回波信号的二维频域模拟方法；提出了一种适用于目标不规则运动的时频域模拟方法；将模拟运动目标回波信号与真实数据相结合形成混合数据，这样得到的数据同时具有上述两种数据的优势，更有利于完成对运动目标检测算法的验证。仿真结果证明了该回波模拟算法的有效性。
2.学位论文黄延坤合成孔径雷达回波模拟器的建模仿真与系统设计2008
合成孔径雷达成像技术作为一种新的雷达成像技术，现已广泛应用于军事和国民经济的许多领域中。随着SAR应用的日益广泛，许多诸如SAR系统设计、成像算法研究和评估、噪声和杂波抑制等场合对SAR原始回波数据有了更多的需要及更高的要求。
本文对SAR原始回波数据的模拟及模拟器的设计进行了全面的研究，其主要内容如下：
1．首先介绍了合成孔径雷达的高分辨力成像原理、SAR回波理论模型和几种SAR原始回波数据模拟算法。然后采用距离时域脉冲相干法对点目标的原始回波数据进行了模拟，并用经典RD算法对该回波进行处理，得到了期望的结果，本文还用同样的方法对点阵目标的原始回波数据进行了模拟。
2．采用Kirchhoff近似理论和Franceschetti的地面场景仿真模型，并根据小平面单元与SAR之间的几何关系模拟出了分布目标的后向散射系数，进而利用二维频域快速傅氏变换法进行了分布目标原始回波数据的模拟，文中给出了分布目标原始回波数据模拟的具体步骤，最后分析了模拟得到的原始回波数据的特征。
3．在介绍高斯海面模型的基础上，讨论了一种非高斯海面模型，这种海面考虑了海风引起的倾斜效果。然后在经典双尺度模型的基础上引入了修正双尺度模型，这样就考虑了海面在顺风和逆风方向散射的差异，同时还通过仿真分析了散射系数的幅值在不同极化方式和入射角下的变化情况。最后在静态场景的回波理论模型的基础上，给出了一种海面场景的回波生成方法，并通过仿真验证了该算法的正确性。
4．提出了一种SAR回波模拟器的实现方式，主要包括该模拟器的工作原理和各组成模块的硬件设计，本人负责完成了原理图和PCB图的绘制。
本文链接：https://www.doczj.com/doc/0317551278.html,/Periodical_jcdzgc201006026.aspx
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下载时间：2010年11月2日