一種用于合成孔徑雷達(dá)大場景欺騙干擾的逆距離徙動方法
【專利說明】一種用于合成孔徑雷達(dá)大場景欺騙干擾的逆距離徙動方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子對抗和信號處理領(lǐng)域，具體涉及對合成孔徑雷達(dá)的對抗技術(shù)，特 別是一種合成孔徑雷達(dá)大場景欺騙干擾方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá))具有全天時、全天候、遠(yuǎn)距離、高 分辨成像能力，使信息安全的防護(hù)受到前所未有的挑戰(zhàn)，對SAR的電子對抗技術(shù)因此受到廣 泛的研究和注意。作為SAR電子對抗領(lǐng)域的熱點(diǎn)難點(diǎn)問題之一，大場景欺騙干擾的目的是通 過在雷達(dá)圖像中形成虛假的電磁散射特性而不引起雷達(dá)操作員的注意，從而迷惑雷達(dá)的目 標(biāo)識別過程、破壞雷達(dá)的信息認(rèn)知環(huán)節(jié)。
[0003] 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)實(shí)現(xiàn)SAR欺騙干擾的一般流程包括偵收雷達(dá)信號、干擾機(jī)調(diào)制、轉(zhuǎn)發(fā) 干擾信號三個步驟。文獻(xiàn)1:王盛利，于立，倪晉鱗，張光義合成孔徑雷達(dá)的有源欺騙干擾 方法研究，"電子學(xué)報，2003(12): 1900-1902.中公開的技術(shù)將干擾機(jī)調(diào)制建模為一個線性 系統(tǒng)，并由線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來表征。由于大場景欺騙干擾中，干擾機(jī)系統(tǒng)頻率響應(yīng)的計 算量與干擾實(shí)時性要求的矛盾突出，多項技術(shù)設(shè)計了優(yōu)化的方法計算干擾機(jī)系統(tǒng)頻率響 應(yīng)，以降低計算量、提高干擾實(shí)時性。文獻(xiàn)2:F.Zhou，B.Zhao，M.L.Tao，X.R.Bai，B.Chen，and G.C.Sun，"A large scene deceptive jamming method for space-borne SAR，''IEEE Trans.Geosci .Remote Sens.，vol .51，no.8，pp.4486-4495,Aug.2013.中公開的技術(shù)分解 干擾機(jī)頻率響應(yīng)，通過離線計算緩解在線計算的運(yùn)算量;文獻(xiàn)3: Y. C. Liu，W. Wang，X. Y. Pan， D.H.Dai,and D.J.Feng，"A frequency-domain three-stage algorithm for active deception jamming against synthetic aperture radar，''IET Radar，Sonar & Navig., vol.8，no.6，pp.639-646，Jul. 2014.中公開的技術(shù)通過二維頻域的計算避免迭代的積分計 算。然而，為了換取計算量的優(yōu)化，現(xiàn)有方法不同程度地犧牲干擾信號的聚焦效果。目前，當(dāng) 雷達(dá)具有較高的分辨力、明顯的斜視角、或較大的合成孔徑時，現(xiàn)有方法產(chǎn)生的大場景虛假 目標(biāo)將不能夠良好的聚焦。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種SAR大場景欺騙干擾方法， 精確、高效地計算干擾機(jī)系統(tǒng)頻率響應(yīng)，使得雷達(dá)具有高分辨力、大斜視角和長合成孔徑 時，仍能夠兼顧計算量、聚焦效果兩個方面的要求。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0006] 步驟一:根據(jù)干擾方擬在雷達(dá)圖像中產(chǎn)生的虛假電磁特性，構(gòu)建干擾機(jī)欺騙模板：
[0007] 以欺騙模板坐標(biāo)系的原點(diǎn)0dt為中心，將二維空域(u，v)平面等間隔地采樣。根據(jù)干 擾方擬在雷達(dá)圖像中產(chǎn)生的虛假電磁特性，在每個采樣位置上設(shè)定該位置所對應(yīng)虛假散射 中心的雷達(dá)后向散射系數(shù)。將所有采樣位置的眾多虛假散射中心通過線性疊加組合在一 起，即可構(gòu)建出任意虛假電磁特性，得到干擾機(jī)欺騙模板〇(u，V):
[0008]
[0009] 其中，u，v分別代表虛假散射中心在欺騙模板坐標(biāo)系中的距離向位置和方位向位 置，m，n為整數(shù)，分別代表虛假散射中心在距離向和方位向的序號，δ( ·，·）為二維狄拉克 (Dirac)函數(shù)，Au，Δν分別代表欺騙模板坐標(biāo)系在距離向和方位向的采樣間隔，Σ為求和 符號。
[0010] 步驟二:計算補(bǔ)余聚焦濾波器HHdiff(k，kx)在二維頻域(k，k x)平面上的等間隔采樣 值。
[0011]補(bǔ)余聚焦濾波器HHdlff(k，kx)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0013]其中，（k，kx)代表二維頻域坐標(biāo)，k，kx分別代表雷達(dá)發(fā)射信號平面波頻率和方位頻 率，rect( ·)為歸一化的矩形窗，ko為二倍的雷達(dá)載頻除以電磁波傳播速度，Br為二倍的雷 達(dá)帶寬除以電磁波傳播速度，《 a( ·)代表雷達(dá)天線方位向上的方向圖，arctan( ·)為反正 切函數(shù)，9sq為雷達(dá)斜視角，Π代表雙重積分運(yùn)算，exp( ·)為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位。
[0014]步驟二有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種實(shí)現(xiàn)方式的具體步驟為：
[0015] 第一，對欺騙模板進(jìn)行二維快速傅里葉變換，得到欺騙模板二維頻譜HHsigma(kr， k x)在二維頻域(kr，kx)平面上的等間隔采樣值。其中
[0016] HHsigma(kr,kx) = JJ〇(u,v) · exp(-j23Tkru-j23Tkxv)dudv (3)
[0017] 其中，kr代表距離頻率。
[0018] 第二，幅度加權(quán)，得到補(bǔ)余濾波器變換函數(shù)在二維頻域(kr，kx)平 面上的等間隔采樣值。其中，
[0019]
[0020] 為此，應(yīng)在二維頻域(kr，kx)平面上選取由式(5)所圍成的扇形區(qū)域
[0022]其中，0bw為雷達(dá)天線方位向波束寬度。截取HHsigma(kr，k x)在該扇形區(qū)域范圍內(nèi)的 數(shù)據(jù)，并根據(jù)式(4)中的rect( ·)項和coa( ·)項進(jìn)行幅度加權(quán)。根據(jù)式(5)可知，扇形區(qū)域 的范圍由雷達(dá)信號載頻和帶寬，雷達(dá)天線方位向波束寬度9bw和雷達(dá)斜視角0sq共四個雷達(dá) 參數(shù)確定。
[0023]第三，通過對////,"", (/?.Λ )沿距離頻率kr軸進(jìn)行插值，得到補(bǔ)余聚焦濾波器 (k，kx)在二維頻域(k，kx)平面上的等間隔采樣值。
[0024]插值運(yùn)算中，應(yīng)采用基帶插值的核函數(shù)(如Sine函數(shù)），并根據(jù)斯托爾特(Stolt)變
選取插值位置。具體而言，為獲得補(bǔ)余聚焦濾波器HHdlff(k，k x)在二維頻域 平面(k，kx)某一點(diǎn)處的采樣值，應(yīng)通過插值獲得在二維頻域平面(kr，kx)上位
處的值。
[0025] 步驟二的第二種實(shí)現(xiàn)方式的具體步驟為：
[0026] 第一，對欺騙模板沿方位向v進(jìn)行一維快速傅里葉變換。此時，欺騙模板將被變換 到方位頻域，并且沿著方位頻率kx軸的方向被等間隔地采樣。
[0027] 第二，沿距離向u進(jìn)行Chirp-Z變換。設(shè)補(bǔ)余聚焦濾波器HHdlff(k，kx)在二維頻域平 面(k，kx)上沿著距離頻率k軸方向的等間隔采樣點(diǎn)的初始位置Sks，采樣間隔為Ak，那么 Chirp-Z變換運(yùn)算中，距離頻率kr的起始位置k rs和采樣間隔Akr應(yīng)根據(jù)式(7)所示的近似 Stolt變換選取，具體為
[0029] 其中，D(kx)為距離徙動因子
[0031]第三，幅度加權(quán)。在二維頻域(kr，kx)平面上選取由式(5)所圍成的圓環(huán)區(qū)域，截取 上一步所得結(jié)果在該圓環(huán)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)式(4)中的rect( ·)項和coa( ·)項進(jìn)行幅 度加權(quán)。
[0032] 步驟三:計算一致聚焦濾波器HHbulk(k，kx)在二維頻域(k，kx)平面上的等間隔采樣 值，并與步驟二得到的補(bǔ)余聚焦濾波器HHdlff(k，kx)在二維頻域(k，kx)平面上的等間隔采樣 值相乘。
[0033] 其中，一致聚焦濾波器HHbulk(k，kx)由如下數(shù)學(xué)表達(dá)式給出
[0035]步驟四：將步驟三得到的結(jié)果進(jìn)行方位向逆傅里葉變換，并與干擾機(jī)消隱濾波器 Hhelim(k，x)在距離頻域(k，x)平面上的等間隔采樣值相乘。其中，干擾機(jī)消隱濾波器Hhelim (k，x)由如下數(shù)學(xué)表達(dá)式給出
[0037]其中，x代表雷達(dá)的瞬時方位向位置，rj代表雷達(dá)與干擾機(jī)之間的最近距離，
'代表雷達(dá)與干擾機(jī)之間的瞬時距離。
[0038]本發(fā)明的有益效果主要包括：
[0039] 第一，干擾信號聚焦效果好。雷達(dá)分辨力高、斜視角大而且合成孔徑長度長時，干 擾信號仍能在大場景區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)虛假目標(biāo)的良好聚焦，極大改善了現(xiàn)有方法聚焦能力 的不足。
[0040] 第二，計算效率高。計算主要包括快速傅里葉變換、復(fù)矩陣乘法、一維基帶插值以 及Chirp-Z變換等，有利于并行運(yùn)算；部分計算過程可在干擾機(jī)實(shí)施干擾前離線地完成計 算，干擾機(jī)在線計算量得以削減。
[0041 ]第三，偵察需求簡潔明確，可行性好。本發(fā)明對干擾機(jī)偵察和參數(shù)估計需求論證充 分，各個步驟對雷達(dá)參數(shù)估計的需求簡明無冗雜，可行性好。
[0042]綜合以上三個特點(diǎn)，本發(fā)明尤其適用于生成大面積虛假場景或散布式虛假目標(biāo)的 欺騙干擾信號。 【【附圖說明】】
[0043]圖1是合成孔徑雷達(dá)有源欺騙干擾斜距平面的二維態(tài)勢圖。
[0044] 圖2是本發(fā)明方法流程圖。
[0045] 圖3是以方式一實(shí)現(xiàn)步驟二的條件下，本發(fā)明方法在雷達(dá)圖像中形成的虛假點(diǎn)目 標(biāo)。
[0046] 圖4是以方式二實(shí)現(xiàn)步驟二的條件下，本發(fā)明方法在雷達(dá)圖像中形成的虛假點(diǎn)目 標(biāo)。
[0047]圖5是虛假場景欺騙模板。
[0048] 圖6是以方式一實(shí)現(xiàn)步驟二的條件下，本發(fā)明方法在雷達(dá)圖像中形成的虛假場景 的局部放大圖。
[0049] 圖7是以方式二實(shí)現(xiàn)步驟二的條件下，本發(fā)明方法在雷達(dá)圖像中形成的虛假場景 的局部放大圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0050] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋。圖1在雷達(dá)二維斜距平面展現(xiàn)了干擾機(jī)與 雷達(dá)之間對抗的空間態(tài)勢圖。圖中空間幾何關(guān)系由三個直角坐標(biāo)系來描述，它們是雷達(dá)坐 標(biāo)系、干擾機(jī)坐標(biāo)系和欺騙模板坐標(biāo)系。雷達(dá)坐標(biāo)系由坐標(biāo)軸r-χ來刻畫，且其X-軸與雷達(dá) 航跡重合，r-軸與雷達(dá)航跡垂直，坐標(biāo)原點(diǎn)0 rad位于雷達(dá)與干擾機(jī)最近的位置。干擾機(jī)坐標(biāo) 系和欺騙模板坐標(biāo)系是由雷達(dá)坐標(biāo)系平移得到的，它們分別由坐標(biāo)軸ρ-q和u-v來刻畫，一 般地，令它們的坐標(biāo)原點(diǎn)分別位于干擾機(jī)位置〇_和虛假目標(biāo)中心位置〇dt。設(shè)干擾機(jī)在雷達(dá) 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(Π ，0)，π代表雷達(dá)與干擾機(jī)之間的最近距離;設(shè)Odt在干擾機(jī)坐標(biāo)系中 的坐標(biāo)為(pc，qc)。
[0051] 為精確、高效地得到干擾機(jī)系統(tǒng)頻率響應(yīng)，本發(fā)明采用如圖2所示的四個步驟。 [0052]步驟一:根據(jù)干擾方擬在雷達(dá)圖像中產(chǎn)生的虛假電磁特性，構(gòu)建干擾機(jī)欺騙模板。 以欺騙模板坐標(biāo)系的原點(diǎn)Odt為中心，將二維空域(u，v)平面等間隔地采樣。根據(jù)干擾方擬在 雷達(dá)圖像中產(chǎn)生的虛假電磁特性，在每個采樣位置上設(shè)定該位置所對應(yīng)虛假散射中心的雷 達(dá)后向散射系數(shù)。將所有采樣位置的眾多虛假散射中心通過線性疊加組合在一起，即可構(gòu) 建出任意虛假電磁特性，得到干擾機(jī)欺騙模板：
[0054] 其中，m，n為整數(shù)，δ( ·，·）為二維Dirac函數(shù)，Au, Δ v為欺騙模板坐標(biāo)系的采樣 間隔。
[0055] 步驟二:計算補(bǔ)余聚焦濾波器HHdlff(k，kx)在二維頻域(k，k x)平面上的等間隔采樣 值。補(bǔ)余聚焦濾波器HHd