四川大学学报自然科学版

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姓名：邢航；学号：22021110042；学院：电子工程学院合成孔径雷达(SAR)具有全天时全天候、高分辨率的工作特点，作为一种有源雷达系统，合成孔径雷达高分辨成像过程中会受多样式复杂多变的强电磁干扰影响，从而严重影响合成孔径雷达最终的高分辨成像结果[1]，因此，如何有效对抗复杂电磁干扰是合成孔径雷达探测感知的难点和重点之一。该文针对合成孔径雷达不同的干扰样式、干扰来源等背景进行了简单梳理，旨在为科普合成孔径雷达抗干扰提供一定的参考。合成孔径雷达；干扰类型；干扰抑制什么是合成孔径雷达干扰抑制？合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种主动式微波遥感设备，能够提供了解全球环境变化的重要数据，在科学、商业和国防等领域得到了广泛的应用。无线电技术的迅速发展使主动遥感系统的通道受到干扰的可能性大大提高，特别是那些几百兆赫兹[2]的高分辨率SAR系统。合成孔径雷达的基本原理来源于实孔径技术，但其又突破了实孔径技术的瓶颈和限制。对于传统的实孔径技术，其方位分辨率反比于实孔径的大小，即实孔径越长，其分辨率越高。但是同样的，随着作用距离变远，雷达的方位分辨率也会随之变低。假设需要在几十千米的作用距离下获得米级的高分辨率图像，则至少需要几百米的实孔径天线，然而在飞机或者卫星平台上安装如此大的天线是根本不可能的事情。因此为了突破实孔径天线对方位分辨率的限制，1951年，文献[3–5]发现波束的方位向分辨率能通过雷达与目标之间的相对运动而明显改善，这一理论为合成孔径雷达实现2维高分辨观测成像打下了基础。实际上，该理论利用了长时间平台运动带来的时间采样来代替固定不动的实孔径空间采样。而合成孔径的基本原理正是基于用时间信息弥补了空间信息，从而实现了方位向的高分辨率。与此同时，可以通过发射具有大带宽的信号经距离脉压后可以得到距离向高分辨率。因此，长时间的能量积累提高了系统的输出信噪比，同时合成的较长孔径又能获得超高分辨率，故合成孔径雷达在运动目标检测、目标自动识别等方面都有很好的发挥和应用[6,7]。然而，作为一种宽带雷达系统，合成孔径雷达在工作频段内易受到敌方有源干扰机信号、无线通信信号、广播电视信号和其它雷达信号等多种复杂电磁干扰的影响，即使合成孔径雷达能够通过2维匹配滤波获得较高的能量积累，但强干扰源仍将严重制约高分辨成像效果，从而进一步影响后续合成孔径雷达对地、海的观测[8]。在现代信息电子战中，必须意识到，信息电子战的核心就在于如何获取复杂电磁环境中对信息的制霸权，合成孔径雷达抗干扰能力的重要性丝毫不逊色于合成孔径雷达系统研制本身，如果在没有任何干扰抑制措施的前提下，一旦合成孔径雷达系统面临电子干扰，那么其很容易丧失信息获取能力，这就是所谓的“睁眼瞎”[8–10]。如图1所示，左侧为受到窄带射频干扰影响下的合成孔径雷达图像，右侧是通过干扰抑制算法得到的真实图像。从图中可以很明显的看出，许多图中反射强度较弱的细节尤其是关注的目标点被严重干扰，此时无法获取对其的有效检测和识别[11,12]。而图1所示的仅仅是一种简单的影响整个场景信干噪比(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio, SINR)的类噪声式压制干扰，就足以对合成孔径雷达成像造成严重的影响；而随着现代战争信息化的逐渐加强，很多情况下带有欺性质的干扰机具有更强的军事意义并造成更恶劣的影响，其能够产生与合成孔径雷达回波相似的散射点[13,14]，来产生欺性的目标，如图2所示，图2(b)相较于图2(a)在图的右侧位置多了许多虚假的车辆，这将影响后续对目标的检测和判断。因此，随着合成孔径雷达在军用和民用领域的广泛应用，其所面临的电磁环境愈加复杂，并且对它的干扰手段也越来越多，干扰形式越来越灵活，此时合成孔径雷达的抗干扰技术尤为关键，这对提高合成孔径雷达系统在复杂电磁环境中的生存能力和实用效能，具有重要的现实意义。在复杂电磁环境中，合成孔径雷达受到的干扰类型可以根据干扰的能量来源、产生途径、频带带宽以及作用机理等不同标准进行分类。按照干扰的能量来源，合成孔径雷达可以分为无源干扰和有源干扰两大类[15]。其中，无源干扰是指利用非目标的物体对电磁波的反射、折射、散射或吸收等现象产生的干扰。一般情况下，无源干扰不会影响合成孔径雷达的正常工作，而是减弱乃至改变了敌我目标的雷达反射面积(Radar Cross-Section, RCS)，使得合成孔径雷达获得失真的高分辨图像，增大图像的解译难度。典型的无源干扰包括箔条干扰、吸波材料、反雷达伪装网等。而有源干扰是指由辐射电磁波的能源所产生的干扰，也是本文介绍的核心。合成孔径雷达目前面临的有源干扰类型多样，可以简单分为有意干扰和无意干扰[16]，其中无意干扰是指由于自然或其它因素无意识形成的干扰，包括宇宙干扰、雷电干扰以及其他无线电射频干扰等；有意干扰是指由于人为有意识制造的干扰，是战争时期合成孔径雷达面临的主要威胁，其可以进一步分为压制干扰和欺干扰[17]，具体的干扰类型如图3所示。对于有源干扰信号而言，如果从干扰信号本身对比合成孔径雷达宽带信号的相对带宽出发，干扰信号又可以统一划分为窄带干扰和宽带干扰，像无线电射频干扰(如电视信号、FM/AM调频信号等)则是一种典型的窄带干扰[18]，其作用效果与窄带压制干扰类似，可以归结为无意的压制干扰，而其它宽带雷达信号则是一种典型的宽带干扰。同时，如果从有意干扰源信号到达合成孔径雷达接收机的方式考虑[19]，如干扰是直接到达接收机还是经过地面待观测场景散射到达接收机[20–22]，则有意干扰信号又可以划分为直达波干扰和散射波干扰(又称为直达波干扰和弹射式干扰[23,24])。因此，干扰的分类方式多种多样，文献层出不穷，合成孔径雷达抗干扰技术，从不同体制的合成孔径雷达系统、任务、目标与环境相互作用的视角，呈现着丰富的研究内容。 [1]黄岩, 赵博, 陶明亮, 等. 合成孔径雷达抗干扰技术综述[J]. 雷达学报, 2020, 9(1): 86–106. doi: [2]SPENCER M, ULABY F. 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《四川大学学报(自然科学版)》是国家教育部主管, 四川大学主办的自然科学综合性学术期刊, 国内外公开发行, 主要刊登四川大学理科基础研究和应用研究方面的、具有创造性价值的研究论文、快报和综合评述, 包括数学, 物理学, 化学和生物学等基础学科以及无线电电子学, 计算机科学, 核科学与技术, 生物工程, 光电技术及材料科学等新兴学科和高新技术学科的内容. 读者对象是国内外有关的教学、科学工作者以及研究生和大学生。本刊坚持以马列主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导, 积极参与国内外交流, 促进科学技术发展, 繁荣学术研究, 坚持理论联系实际, 努力提高学术水平, 为教学、科研服务, 为社会主义现代化建设服务, 为经济振兴与文化教育事业的发展作贡献.她创刊于1955年, 经1966年停刊, 1975年再复刊, 1995年由季刊改为双月刊, 她是全国高校中创刊较早的学报之一. 1990年以前, 本刊一直由我国资深院士柯召教授担任, 现任主编为中科院院士刘应明教授. 自1955年创刊以来, 本学报刊登的研究论文等近4000篇, 对促进四川大学学术队伍的成长, 国内外学术交流和科学发展, 都发挥了较重要的作用, 在国内外享有一定声誉. 近年来无论是学术水平, 还是编辑印刷质量都有稳步提高, 影响因子和总被引频次位居全国同类期刊前列.在国内, 已被《中国数学文摘》,《中国物理文摘》,《中国化学化工文摘》,《中国生物文摘》和《中国学术期刊文摘》等长期列为指定的收录对象; 中国科学院文献情报中心的《中国科学引文索引》从创刊起就将本学报列为自然科学综合类及数学类的源刊之一, 并一直为中国科学技术信息研究所《中国科技论文统计源期刊》; 在国外, 本学报被美国《数学评论》,《最新数学出版物》及《化学文摘》, 德国的《数学文摘》和俄《文摘杂志》等收录和评论. 还被美国国会图书馆, 美国自然博物馆, 康乃尔大学, 英国大英图书馆, 英国大英科技图书馆, 日本名古屋大学, 堪培拉澳大利亚国立大学, 俄罗斯圣彼得堡大学, 法国巴黎大学等国家和地区的图书馆和大学列为馆藏期刊. 国家“双效”期刊四川省十佳科技期刊，教育部全国高校优秀学报二等奖（1995，1999）四川省科技优秀期刊一等奖（1996，2000）期刊名称：四川大学学报(自然科学版)期刊汉语拼音名称：Si Chuan Da Xue Xue Bao (Zi Ran Ke Xue Ban)期刊外文名称：Journal of Sichuan University (Natural Science Edition)刊期：双月刊创办日期：1955年主管部门：教育部主办单位：四川大学主编：刘应明副主编：陈向荣(常务)责任编辑：李富河, 白林含, 周兴旺, 伍少梅编务：杜小蓉编辑出版：四川大学学报(自然科学版)编辑部通讯地址：四川省成都市武侯区四川大学《四川大学学报(自然科学版)》编辑部邮政编码: 610064国内统一刊号：CN 51-1595/N国际标准刊号：ISSN 0490-6756国内总发行：四川省成都市邮政局国外总发行：中国国际图书贸易总公司订购处：全国各地邮政局国内邮发代号：62-127国际邮发代号：BM5974国内定价：元/本