中文名
干涉雷达
外文名
Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR
适用领域
遥感技术与应用
定义
干涉雷达指采用干涉测量技术的合成孔径雷达，也有称双天线SAR或相干SAR。它通过两条侧视天线同时对目标进行观测（单轨道双天线模式），或一定时间间隔的两次平行观测（单天线重复轨道模式），来获得地面同一区域两次成像的复图像对（包括强度信息和相位信息）。由于目标与两天线位置的几何关系，地面目标回波形成相位差信号，经两个复图像的复相关形成干涉纹图。[1]
干涉文图包含了斜距方向上的图像点与两天线位置差得精确信息（回波相位的改变）。因此，利用遥感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，可以获取距离信息，精确地测量出图像上每一点的高程信息，从而获得高分辨率的地表三维图像。在航天平台往往用重复轨道来实现双天线达到的效果。
图1 干涉雷达成像原理示意
干涉雷达可分为距离向（或称空间模式）、方位向（或称时间模式）、重轨三种模式。
距离向模式指干涉雷达两个天线的基线距与飞行方向垂直，重轨模式的成像几何关系实际与距离向模式相仿。如图1所示，图中x轴为方位方向，y轴为距离方向，假设有两条天线接收同一目标产生的回波信号，且视向相同，则两条天线接收信号的路径分别为r1,r2，则其路径差△r为△r=〡r2-r1〡。若考虑系统使用同一天线作为发射源（如重复轨道干涉处理），则路径差产生的相位差
Φ=4π/λ·△r=4πf/c·△r，△r=Bcos(θ-θb)
式中：λ为波长，f为频率；c为雷达传播速度，即光速；B为两天线间基线距；θ为入射角，θb为天线基线与飞行水平面法线间的夹角。
由此，可根据成像几何参数推出地面任一点的高度，即
式中：h为目标高程；H为雷达平台高度；r为斜距。
方位向模式指干涉雷达两个天线的基线距与飞行方向平行。此模式下相位差是由观测期间地面目标的移动引起的，常用于运动目标观测、海流速度和定向波浪谱的测量等。其相位差Φ可表示为
Φ=4πuB/λv
式中：u为地面目标的运动速度；v为平台的飞行速度；其他参数同上。
性质
在干涉测量中，干涉相位的精度是影响DEM精度的重要因素，而两幅图像的相干性或相关度是决定相位差精度的重要因素。
干涉雷达可以全天时、全天候、近实时地获得大面积地球表面三维地形信息，空间分辨率高，对大气和季节的影响不敏感。
姓名：邢航；学号：22021110042；学院：电子工程学院
合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时、具备高分辨率的成像设备，被广泛应用于对敌侦察，为战场决策提供及时可靠的情报支持。如何压制和扰乱SAR设备的成像侦察，实现对高价值目标和要地的有效防护，已成为当前电子对抗领域的研究热难点之一。该文探讨了SAR干扰的技术进展和发展趋势，首先详细梳理了SAR干扰技术的发展脉络，然后结合仿真实验对比分析了典型SAR干扰样式的优缺点，最后总结了现有SAR干扰技术存在的不足，并指出其未来发展趋势，可为专家学者提供一定的参考。
合成孔径雷达；电子对抗；干扰样式；发展历程；未来趋势
什么是SAR干扰技术？
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种先进的微波成像设备，能获得类似光学照片的目标图像，具备全天时、全天候、处理增益高、反干扰能力强等众多优点，是战略情报侦察和战场侦察的重要手段。在爆发的科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争和利比亚战争等高技术局部战争中SAR发挥了显著作用，已日益成为信息战场中获取对方重要情报的关键节点。随着SAR成像技术的快速发展，其军事应用呈现出“侦察打击一体化”、“动静目标兼顾化”、“平时战时结合化”等新特点、新趋势，不仅具有对地面静止目标的高分辨成像侦察能力，而且具备对地面运动目标的指示能力，如图1和图2所示，以及实现目标干涉三维成像的能力。
目前，世界各军事强国均大力发展以SAR为关键传感器的情报侦察、火力引导和“察打一体”系统，其中已发展的代表性情报侦察系统包括美国“长曲棍球”SAR成像卫星、“全球鹰”无人侦察机、日本PALSAR成像卫星和德国TerraSAR成像卫星等，有代表性的“察打一体”系统包括美国的F-16, F-22, F-35战斗机，“捕食者”系列无人机，印度的光辉战斗机等。这些系统大都具备多普勒波束锐化(Doppler Beam Sharpening, DBS)、条带SAR、聚束SAR和地面动目标指示(Ground MovingTarget Indication, GMTI)成像能力。不同成像模式服务于不同作战需求，DBS和条带SAR模式成像分辨率较低，一般用于大范围目标搜索；聚束SAR成像分辨率高，主要用于小范围感兴趣目标区域详查；而GMTI模式则用于捕获成像区域内运动目标。这些系统不仅能够全天时、全天候进行区域侦察，使得对方武器装备的部署、机动、日常训练面临极大的暴露风险，而且有人/无人机载“察打一体”系统还具备在复杂地形和恶劣气象条件下对战场地面目标实施快速、精确打击的能力，使得高价值目标战时面临着严重的生存威胁。因此，SAR干扰技术的研究一直备受世界军事强国的大力支持和长期投入，相关科研机构与院校也不断研发出新的SAR干扰技术和系统，以适应未来战争的需求。本文主要总结梳理了国内外相关研究机构和院校在SAR干扰技术领域的研究进展。
为抢夺信息“高地”，世界各国不断研发出新的电子干扰技术和系统。然而，一旦某种干扰技术被公开或被使用，在以后的作战中可能不再奏效或难以达到理想效果，故公开发表的文献资料较为有限。尽管如此，强烈的军事需求始终推动着国内外众多科研单位与院所对SAR干扰的理论和技术进行着发展与完善。其中，代表性的国外研究机构有美国海军研究生院、英国国防部海军研究所、挪威国防研究院、伊斯坦布尔科技大学以及埃及军事工程学院等；而国内在该领域的研究比较活跃，较为突出的单位主要有中国电子科技集团、航天科工集团、国防科技大学、火箭军工程大学(原第二炮兵工程大学)、航天工程大学(原中国人民解放军装备学院)、西安电子科技大学、原中国科学院电子学研究所、电子科技大学等。纵观SAR干扰技术的发展历程，至今可将其大致划分为如下3个阶段。
20世纪末的后10年拉开了SAR干扰技术的序幕，重点以星载SAR作为攻击对象，以噪声干扰作为研究重点。从公开文献来看，美国学者Goj于1989年在《Synthetic Aperture Radar and Electronic Warfare》一书中首次提到了对SAR的噪声干扰技术，分析了特定空间位置处干扰机的干扰性能，定义了等功率密度线的概念。1990年，英国学者Condley根据干扰机接收灵敏度和发射功率等参数，对噪声干扰的可行性等几个关键系统问题作了理论分析，并给出了对SAR的干扰效果仿真。1995年，西安电子科技大学的梁百川等人分析了对SAR实施阻塞式干扰、瞄准式干扰和随机脉冲干扰的可能性。1997年，英国Dumper等人给出了SAR干扰方程，阐述了平均发射功率、干扰机有效辐射功率、成像几何场景以及雷达系统参数等对干扰效果的影响。同年，中国电子科技集团第29研究所采用等功率密度线，讨论了噪声干扰有效辐射功率和SAR成像区域的关系，并研制出了某型大功率噪声压制干扰机。
第2阶段是2000—2010年，该阶段的干扰对象仍以星载SAR为主，同时兼顾了机载SAR成像系统，工作模式为常规条带模式，以欺骗或灵巧压制干扰作为研究重点，涌现出了大量的新型干扰样式，极大丰富了SAR干扰的理论方法，提升了干扰效能。2000年，美国海军研究院提出了由数字射频存储器、数字延迟线、幅度和频率调制器等辅助电路组成的数字图像合成(Digital Image Synthesizer, DIS)干扰技术：根据设定的虚假目标参数，对截获信号调制相应相位和幅度，形成欺骗信号，继而在图像中产生舰船等虚假目标。可以说，DIS干扰技术的提出为后来深入研究SAR欺骗干扰具有很好启发和借鉴作用。2002年，原中国科学院电子学研究所的胡东辉等人提出了散射波干扰的概念，阐述了其干扰机理，为SAR干扰技术研究提供了新思路。2003年，南京电子技术研究所的王盛利等人根据SAR目标回波模型，提出了基于卷积调制的欺骗干扰原理，并给出了其频域实现的方法，后来的欺骗干扰都不同程度地借鉴了其思想。2005年，电子科技大学的李江源等人提出了类杂波干扰样式，指出其能从时域和频域对回波作多维有效覆盖。2006年，国防科技大学的李伟等人提出了基于卷积调制的欺骗式动目标干扰方法，但文中缺乏在GMTI处理下的干扰效果验证。国防科技大学的黄洪旭等人根据线性调频(Linear Frequency Modulation, LFM)信号的时频耦合特性，提出了3种移频调制干扰样式，实现了对SAR的点、线、面的干扰效果。针对欺骗干扰计算量大的问题，2006年电子科技大学的甘荣兵等人将线性累加转换为矩阵乘积，提高了运算效率。同年，张锡祥院士推导出了常规脉冲雷达干扰与SAR干扰的统一干扰方程。2009年，国防科技大学的吴晓芳等人把间歇采样转发干扰技术应用到SAR干扰上，成功产生了距离向等间距假目标串。同年，吴晓芳还在分析了固定移频干扰、随机移频干扰和步进移频干扰等多种移频干扰样式的基础上，归纳总结出了分段移频调制干扰的统一形式。国防科技大学电子对抗学院(原电子工程学院)的沈爱国等人研究了随机脉冲串卷积和相同噪声样本卷积的SAR干扰效果。2010年，国防科技大学的吴晓芳等人利用SAR回波的方位向时频耦合特性，提出了多普勒调制干扰。此外，吴晓芳等人进一步将间歇性采样技术拓展到了慢时间上，产生了方位向等间距假目标串。同年，军械工程学院的Lv和航天工程大学的Ye等人则提出了在慢时间上采用随机噪声样本卷积的SAR干扰方法，产生了距离向范围可控的压制条带。
第3阶段是2010年至今，各类新体制SAR系统的不断涌现使其性能得到了很大提升，并由此针对不同的干扰样式发展出了相应的抗干扰技术，具备了特定的反干扰能力。与之相呼应，为有效对抗各类新体制SAR，相关科研单位和院所在上一阶段的研究基础上投入了大量精力，研究出了相应的干扰样式和方法。
(1) 在常规SAR干扰方面，随着SAR系统分辨率和信息处理能力的不断提升，原来单一、简单的干扰样式易被辨识和滤除，因此此时的SAR干扰研究重点是如何对基本干扰样式进行优化组合和对SAR的场景欺骗。电子科技大学的王文钦等人将频控阵技术应用于干扰机设计，并验证了该体制下的微动干扰和散射波干扰效果。国防科技大学的陈思伟等人、国防科技大学电子对抗学院的房明星等人、西安电子科技大学的董春曦等人、航天工程大学的贾鑫等人、火箭军工程大学的朱守保等人则基于间歇采样干扰、余弦调相干扰、散射波干扰以及移频调制干扰等提出了多种复合干扰方法，有效地弥补了单一干扰样式的缺陷，达到了更优的干扰效果。在场景欺骗干扰方面，主要工作则放在了降低算法计算量，提高干扰实时性和虚假目标逼真度上。国防科技大学的林晓烘等人以分辨率为代价提出了基于逆RD欺骗算法；国防科技大学的刘永才等人以满足雷达斜视角为目的提出了基于逆W-K的欺骗算法和频域三阶段欺骗算法，并兼顾了假目标的聚焦性；西安电子科技大学的孙光才和赵博等人通过拆分干扰机频域响应，将实时累加转化为了线下模板预生成和对截获信号的实时卷积。西安电子科技大学的畅鑫、上海交通大学的Sun等人以及航天工程大学的Yang则将欺骗模板分割为多个小场景模板，对其作并行时延和移频调制处理。此外，国防科技大学的刘庆富还提出了时频交叉乘积的欺骗算法，通过对截获信号作时域乘积调制，直接避免了对干扰机频域响应的计算。在提高欺骗的真实性上，西安电子科技大学的周峰等人采用多接收机协同定位，直接获取斜距差，避免了泰勒展开造成的误差积累。上海交通大学的Sun等人采用计算机软件模拟不同场景的目标散射特性，提高了虚假目标和场景的适应性；电子科技大学的马德娇等人通过消除真实目标的阴影特征，使场景中的真假目标无法辨识。电子科技大学的赵明明通过提取模板库的目标特征，改变了场景中真实目标的SAR图像形状和散射特性。此外，航天工程大学的卢庆林等人和西安电子科技大学的等人[55]还提出了采用生成对抗网络产生高逼真虚假模板的方法。
(2) 在波形捷变SAR干扰方面，波形捷变使干扰信号与SAR回波间不再相干而达到了抑制干扰的目的。鉴于此，国防科技大学的杨伟宏等人充分利用了间歇采样技术能实现对当前脉冲内截获信号的同时转发，将其分别与快/慢时间调制、散射波干扰以及运动干扰机相复合，为有效对抗波形捷变SAR提供了一种全新的途径。此后，国防科技大学的张静克等人在研究了欠采样对调频斜率极性捷变SAR干扰效果的基础上，将其与散射波干扰相复合。国防科技大学的刘立新等人则将时频交叉乘积与间歇采样相结合，实现了尺寸和形状均可灵活控制的分布式虚假目标欺骗。
(3) 在多通道SAR-GMTI干扰方面，GMTI处理不仅可以实现对干扰信号的部分对消，还能破坏虚假目标的重定位效果，降低干扰效能。鉴于此，国防科技大学的吴晓芳等人将运动目标成像特性用于干扰，提出了高逼真匀(加)速运动调制和微动调制干扰技术，实现了对多通道SAR-GMTI的高效动目标欺骗干扰。国防科技大学的张静克等人分析了单干扰机的动目标欺骗效果，指出GMTI处理会对假目标的速度估计和重定位发生偏差。针对该问题，上海交通大学的Sun等人采用双干扰机协同调幅的方法，控制了虚假目标相位，以抵消单干扰机产生的附加相位，使其重定位于预定位置。鉴于噪声干扰的GMTI输出受正弦调制影响，西安电子科技大学的畅鑫等人通过设置干扰机的方位向间距实现了对GMTI输出的全平面压制。同样，为达到更理想和丰富的干扰效果，国防科技大学电子对抗学院的毕大平等人、国防科技大学的刘业民、航天工程大学的降佳伟等人将匀(加)速运动调制和微动调制与移频调制、间歇性采样、卷积调制以及散射波干扰等相组合，提出了多种SAR-GMTI复合干扰方法。
(4) 在InSAR干扰方面，由于该体制具备了对目标和场景的高程反演能力，因此可鉴别只具备二维干扰效果的干扰样式。鉴于此，国防科技大学的张静克等人分析了微动干扰对InSAR的干扰效果，表明其能够在InSAR图像中形成沿方位向分布的形似“连续的栅栏”或“离散的栅栏”的多假目标。国防科技大学的刘庆富则在研究了单天线干扰存在“斜坡”效应的基础上，提出了基于双天线幅相控制的干扰方法，提高了干扰所形成的虚假地形的逼真度。西安电子科技大学的黄龙等人通过协同调制双(多)干扰机产生的虚假目标时延和补偿相位，实现了二维图像和数字高程欺骗。北京航空航天大学的Wu等人则提出了通过双干扰机协同布站和调制附加相位的方法，实现虚假目标高度欺骗。而在对抗双通道干扰对消技术方面，北京科技大学的唐波推导了干扰机运动与双通道对消时图像恶化程度之间的关系。在此基础上，西安电子科技大学的黄龙等人采用分布式多天线分时发射模拟旋转干扰机和双干扰机同时工作的方法，破坏了雷达对干扰相位差的估计，达到了对抗干扰对消的目的。国防科技大学电子对抗学院的张云鹏等人采用慢时间域间歇性采样和余弦调相的方法来扰乱成像雷达对消后的真实场景。
李永祯, 黄大通, 邢世其, 等. 合成孔径雷达干扰技术研究综述[J]. 雷达学报, 2020, 9(5): 753–764. doi: 10.12000/JR20087.
数据要求：(1)对坡度有一定的限制。(2)干涉处理对基线的要求比较严格。
(3)两幅图像的获取时间、空间及物理机制应当尽可能接近。
(4)两幅图像接收期间，大幅度的地面运动会造成图像间相关性大大降低。
(5)图像接收期间，地面单元内的散射体变化造成时间失相关。
评价质量：根据相干系数图，越明亮的区域说明干涉较好
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