一种用于合成孔径雷达大场景欺骗干扰的逆距离徙动方法
【专利说明】一种用于合成孔径雷达大场景欺骗干扰的逆距离徙动方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于电子对抗和信号处理领域，具体涉及对合成孔径雷达的对抗技术，特 别是一种合成孔径雷达大场景欺骗干扰方法。 【【背景技术】】
[0002] SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)具有全天时、全天候、远距离、高 分辨成像能力，使信息安全的防护受到前所未有的挑战，对SAR的电子对抗技术因此受到广 泛的研究和注意。作为SAR电子对抗领域的热点难点问题之一，大场景欺骗干扰的目的是通 过在雷达图像中形成虚假的电磁散射特性而不引起雷达操作员的注意，从而迷惑雷达的目 标识别过程、破坏雷达的信息认知环节。
[0003] 转发式干扰机实现SAR欺骗干扰的一般流程包括侦收雷达信号、干扰机调制、转发 干扰信号三个步骤。文献1:王盛利，于立，倪晋鳞，张光义合成孔径雷达的有源欺骗干扰 方法研究，"电子学报，2003(12): 1900-1902.中公开的技术将干扰机调制建模为一个线性 系统，并由线性系统的频率响应来表征。由于大场景欺骗干扰中，干扰机系统频率响应的计 算量与干扰实时性要求的矛盾突出，多项技术设计了优化的方法计算干扰机系统频率响 应，以降低计算量、提高干扰实时性。文献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.中公开的技术分解 干扰机频率响应，通过离线计算缓解在线计算的运算量;文献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.中公开的技术通过二维频域的计算避免迭代的积分计 算。然而，为了换取计算量的优化，现有方法不同程度地牺牲干扰信号的聚焦效果。目前，当 雷达具有较高的分辨力、明显的斜视角、或较大的合成孔径时，现有方法产生的大场景虚假 目标将不能够良好的聚焦。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种SAR大场景欺骗干扰方法， 精确、高效地计算干扰机系统频率响应，使得雷达具有高分辨力、大斜视角和长合成孔径 时，仍能够兼顾计算量、聚焦效果两个方面的要求。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
[0006] 步骤一:根据干扰方拟在雷达图像中产生的虚假电磁特性，构建干扰机欺骗模板：
[0007] 以欺骗模板坐标系的原点0dt为中心，将二维空域(u，v)平面等间隔地采样。根据干 扰方拟在雷达图像中产生的虚假电磁特性，在每个采样位置上设定该位置所对应虚假散射 中心的雷达后向散射系数。将所有采样位置的众多虚假散射中心通过线性叠加组合在一 起，即可构建出任意虚假电磁特性，得到干扰机欺骗模板〇(u，V):
[0008]
[0009] 其中，u，v分别代表虚假散射中心在欺骗模板坐标系中的距离向位置和方位向位 置，m，n为整数，分别代表虚假散射中心在距离向和方位向的序号，δ( ·，·）为二维狄拉克 (Dirac)函数，Au，Δν分别代表欺骗模板坐标系在距离向和方位向的采样间隔，Σ为求和 符号。
[0010] 步骤二:计算补余聚焦滤波器HHdiff(k，kx)在二维频域(k，k x)平面上的等间隔采样 值。
[0011]补余聚焦滤波器HHdlff(k，kx)的数学表达式为：
[0013]其中，（k，kx)代表二维频域坐标，k，kx分别代表雷达发射信号平面波频率和方位频 率，rect( ·)为归一化的矩形窗，ko为二倍的雷达载频除以电磁波传播速度，Br为二倍的雷 达带宽除以电磁波传播速度，《 a( ·)代表雷达天线方位向上的方向图，arctan( ·)为反正 切函数，9sq为雷达斜视角，Π代表双重积分运算，exp( ·)为指数函数，j为虚数单位。
[0014]步骤二有两种实现方式，第一种实现方式的具体步骤为：
[0015] 第一，对欺骗模板进行二维快速傅里叶变换，得到欺骗模板二维频谱HHsigma(kr， k x)在二维频域(kr，kx)平面上的等间隔采样值。其中
[0016] HHsigma(kr,kx) = JJ〇(u,v) · exp(-j23Tkru-j23Tkxv)dudv (3)
[0017] 其中，kr代表距离频率。
[0018] 第二，幅度加权，得到补余滤波器变换函数在二维频域(kr，kx)平 面上的等间隔采样值。其中，
[0019]
[0020] 为此，应在二维频域(kr，kx)平面上选取由式(5)所围成的扇形区域
[0022]其中，0bw为雷达天线方位向波束宽度。截取HHsigma(kr，k x)在该扇形区域范围内的 数据，并根据式(4)中的rect( ·)项和coa( ·)项进行幅度加权。根据式(5)可知，扇形区域 的范围由雷达信号载频和带宽，雷达天线方位向波束宽度9bw和雷达斜视角0sq共四个雷达 参数确定。
[0023]第三，通过对////,"", (/?.Λ )沿距离频率kr轴进行插值，得到补余聚焦滤波器 (k，kx)在二维频域(k，kx)平面上的等间隔采样值。
[0024]插值运算中，应采用基带插值的核函数(如Sine函数），并根据斯托尔特(Stolt)变
选取插值位置。具体而言，为获得补余聚焦滤波器HHdlff(k，k x)在二维频域 平面(k，kx)某一点处的采样值，应通过插值获得在二维频域平面(kr，kx)上位
处的值。
[0025] 步骤二的第二种实现方式的具体步骤为：
[0026] 第一，对欺骗模板沿方位向v进行一维快速傅里叶变换。此时，欺骗模板将被变换 到方位频域，并且沿着方位频率kx轴的方向被等间隔地采样。
[0027] 第二，沿距离向u进行Chirp-Z变换。设补余聚焦滤波器HHdlff(k，kx)在二维频域平 面(k，kx)上沿着距离频率k轴方向的等间隔采样点的初始位置Sks，采样间隔为Ak，那么 Chirp-Z变换运算中，距离频率kr的起始位置k rs和采样间隔Akr应根据式(7)所示的近似 Stolt变换选取，具体为
[0029] 其中，D(kx)为距离徙动因子
[0031]第三，幅度加权。在二维频域(kr，kx)平面上选取由式(5)所围成的圆环区域，截取 上一步所得结果在该圆环范围内的数据，并根据式(4)中的rect( ·)项和coa( ·)项进行幅 度加权。
[0032] 步骤三:计算一致聚焦滤波器HHbulk(k，kx)在二维频域(k，kx)平面上的等间隔采样 值，并与步骤二得到的补余聚焦滤波器HHdlff(k，kx)在二维频域(k，kx)平面上的等间隔采样 值相乘。
[0033] 其中，一致聚焦滤波器HHbulk(k，kx)由如下数学表达式给出
[0035]步骤四：将步骤三得到的结果进行方位向逆傅里叶变换，并与干扰机消隐滤波器 Hhelim(k，x)在距离频域(k，x)平面上的等间隔采样值相乘。其中，干扰机消隐滤波器Hhelim (k，x)由如下数学表达式给出
[0037]其中，x代表雷达的瞬时方位向位置，rj代表雷达与干扰机之间的最近距离，
'代表雷达与干扰机之间的瞬时距离。
[0038]本发明的有益效果主要包括：
[0039] 第一，干扰信号聚焦效果好。雷达分辨力高、斜视角大而且合成孔径长度长时，干 扰信号仍能在大场景区域范围内实现虚假目标的良好聚焦，极大改善了现有方法聚焦能力 的不足。
[0040] 第二，计算效率高。计算主要包括快速傅里叶变换、复矩阵乘法、一维基带插值以 及Chirp-Z变换等，有利于并行运算；部分计算过程可在干扰机实施干扰前离线地完成计 算，干扰机在线计算量得以削减。
[0041 ]第三，侦察需求简洁明确，可行性好。本发明对干扰机侦察和参数估计需求论证充 分，各个步骤对雷达参数估计的需求简明无冗杂，可行性好。
[0042]综合以上三个特点，本发明尤其适用于生成大面积虚假场景或散布式虚假目标的 欺骗干扰信号。 【【附图说明】】
[0043]图1是合成孔径雷达有源欺骗干扰斜距平面的二维态势图。
[0044] 图2是本发明方法流程图。
[0045] 图3是以方式一实现步骤二的条件下，本发明方法在雷达图像中形成的虚假点目 标。
[0046] 图4是以方式二实现步骤二的条件下，本发明方法在雷达图像中形成的虚假点目 标。
[0047]图5是虚假场景欺骗模板。
[0048] 图6是以方式一实现步骤二的条件下，本发明方法在雷达图像中形成的虚假场景 的局部放大图。
[0049] 图7是以方式二实现步骤二的条件下，本发明方法在雷达图像中形成的虚假场景 的局部放大图。 【【具体实施方式】】
[0050] 下面结合附图对本发明作进一步解释。图1在雷达二维斜距平面展现了干扰机与 雷达之间对抗的空间态势图。图中空间几何关系由三个直角坐标系来描述，它们是雷达坐 标系、干扰机坐标系和欺骗模板坐标系。雷达坐标系由坐标轴r-χ来刻画，且其X-轴与雷达 航迹重合，r-轴与雷达航迹垂直，坐标原点0 rad位于雷达与干扰机最近的位置。干扰机坐标 系和欺骗模板坐标系是由雷达坐标系平移得到的，它们分别由坐标轴ρ-q和u-v来刻画，一 般地，令它们的坐标原点分别位于干扰机位置〇_和虚假目标中心位置〇dt。设干扰机在雷达 坐标系中的坐标为(Π ，0)，π代表雷达与干扰机之间的最近距离;设Odt在干扰机坐标系中 的坐标为(pc，qc)。
[0051] 为精确、高效地得到干扰机系统频率响应，本发明采用如图2所示的四个步骤。 [0052]步骤一:根据干扰方拟在雷达图像中产生的虚假电磁特性，构建干扰机欺骗模板。 以欺骗模板坐标系的原点Odt为中心，将二维空域(u，v)平面等间隔地采样。根据干扰方拟在 雷达图像中产生的虚假电磁特性，在每个采样位置上设定该位置所对应虚假散射中心的雷 达后向散射系数。将所有采样位置的众多虚假散射中心通过线性叠加组合在一起，即可构 建出任意虚假电磁特性，得到干扰机欺骗模板：
[0054] 其中，m，n为整数，δ( ·，·）为二维Dirac函数，Au, Δ v为欺骗模板坐标系的采样 间隔。
[0055] 步骤二:计算补余聚焦滤波器HHdlff(k，kx)在二维频域(k，k x)平面上的等间隔采样 值。补余聚焦滤波器HHd