一种大斜视角SAR欺骗干扰方法

本发明属于电子支援系统(electronic support measures，esm)合成孔径雷达对抗领域，涉及一种基于非线性调频变标重建的低prf大斜视角合成孔径雷达(syntheticaperture radar，sar)欺骗干扰方法，尤其涉及一种大斜视角sar欺骗干扰方法。

背景技术：

1、合成孔径雷达(sar)是一种高分辨率微波成像系统，具有全天可用、全天候能力、高处理增益和强大的抗干扰能力。其在军事上的应用引起了研究人员对情报安全脆弱性的担忧。因此，旨在对抗sar的电子对抗技术经历了快速发展。

2、sar欺骗干扰是sar干扰技术中的重要组成部分，其低功耗和高保真度优势引起了人们的广泛关注。sar欺骗干扰对干扰机调制效率和调制精度要求较高，现有的sar欺骗干扰方法主要通过对干扰信号交叉耦合项进行低阶近似来保证干扰机调制效率。为保证干扰调制精度，这样的设计只能适用于对抗回波信号轻微交叉耦合的sar系统，例如正侧视、低斜视和低分辨率sar。然而随着sar观测灵活性和高分辨率观测要求的提高，大斜视角、高分辨率的sar系统得到了广泛应用。由于高分辨率大斜视角sar具有复杂的距离徙动特性，传统的sar欺骗干扰方法很难平衡干扰信号的聚焦能力和计算效率。

3、现有技术中，专利1：专利号为：cn107064886b，专利名称：一种基于离线计算在线变异的合成孔径雷达欺骗干扰方法。刘永才等人提出在雷达进入干扰机威力范围之前的离线阶段，对雷达参数进行合理性假设；离线阶段根据假设雷达参数，计算并存储sar传递函数；在雷达进入干扰机威力范围之后的在线阶段，根据实际雷达参数估计值对sar传递函数进行参数变异；在线阶段，将参数变异后的sar传递函数与干扰机消隐滤波器点对点相乘，获得干扰机调制函数。专利2：专利号为：cn112255596a，专利名称：一种基于空间频率插值的星载sar欺骗干扰信号生成方法。叶伟等人提出将干扰过程分为初始化阶段和实时计算阶段，其中，初始化阶段主要包括坐标系、干扰模块的建立以及二维空间谱的获取；在完成初始化阶段后，利用sinc函数插值法，根据确定好的二维空间谱获取每一个到达干扰机的脉冲信号对应的干扰函数，最后再利用干扰函数对接收到的sar平台的脉冲信号进行调制后，即可生成对应的干扰信号。文献1：liu，yc等人发表的论文《inverse omega-kalgorithm for the electromagnetic》，采用iomega-k方法及czt插值进行sar欺骗干扰，针对大斜视角sar可以取得良好的干扰效果，但该方法基于插值方法进行设计，计算效率低下。文献2：yang，kz等人发表的论文《fast generation of deceptive jamming signalagainst spaceborne sar based on spatial frequency domain interpolation”采用spatial frequency domain interpolation》，通过泰勒级数近似的方法利用递归公式来计算空间频域的干扰系统函数，可通过对递归公式进行sar欺骗干扰。但该方法无法干扰大斜视角sar，且通过二维插值进行计算，对干扰机硬件存储需求过高。

4、因此，研究高效率高精度的大斜视角sra欺骗干扰方法，有效防护重要装备、要点要地目标不受监视具有极其紧迫的现实需求。

技术实现思路

1、发明目的：传统sar欺骗干扰方法依赖于干扰信号交叉耦合项的低阶近似来提高干扰调制的效率，但这些方法有一个明显的缺点，难以保证在大斜视角情况下的干扰信号聚焦能力。为了解决这一问题，本发明提出了一种大斜视角sar欺骗干扰方法。解决了当前大斜视角sar欺骗干扰难以平衡聚焦能力和计算效率的问题。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、步骤一：干扰机对进入侦收范围的sar雷达进行sar平台、sar天线、sar信号参数实时侦察和储频；根据干扰目标点需求，获取带有复后向散射系数σ(xt，rt)的sar图像，并对sar图像进行距离向平移和方位向缩放，得到几何校正后的干扰机欺骗模板ic(xt，rt)，其中，xt为sar图像中点目标的方位向坐标，rt为sar图像中点目标的距离向坐标；

4、步骤二：在二维时域和距离多普勒域对干扰机欺骗模板ic(xt，rt)进行非线性调频变标处理，构建方位调制项hianlcs(fa，rt)；

5、步骤三：对距离多普勒域的方位调制项hianlcs(fa，rt)转换到二维频域，进行干扰信号交叉耦合项hbulkrcm(fa，fr，rref)的一致构建，最后通过方位向逆傅里叶变换形成缺失线性距离走动项的初始化模板ht，nlrw(ta，fr，rt)输入到干扰机实时计算阶段；

6、步骤四：在sar雷达进入预干扰区域后的实时计算阶段，对初始化模板进行线性距离走动项hlrw(ta，fr)的构建，得到实时sar雷达相关频率响应函数ht(ta，fr)；

7、步骤五：干扰机调制转发阶段，将实时sar雷达相关频率响应函数ht(ta，fr)与干扰机相关频率响应函数hj(ta，fr)相乘得到干扰机系统函数hj，t(ta，fr)，与截获sar信号进行卷积调制后转发至sar雷达。

8、下面结合附图对本发明作进一步解释。以斜视sar成像为例，当干扰机干扰斜视sar系统时，sar、干扰机和欺骗干扰区域之间的几何关系如图1和图2所示。其中坐标点原点位于sar方位时刻为零的星下点位置，x和x′分别是sar和目标的方位向轴。sar雷达以飞行速度v沿着平行于x′的x轴移动，o′是位于x轴的起点，o″是波束足迹的方位向中心位置。sar的实时位置为s(xs，0)，其中xs＝vta，ta为方位向时间，直线ss′与直线oo′平行。假设存在观测目标t(xt，rt)，则rt(ta；xt，r0)为目标t与sar系统最接近的斜距，其中xt定义为波束中心位置与目标t之间的距离偏差，r0为观测目标t与x轴沿斜视方向的最短斜距。干扰机位于坐标系的oj(xj，rj)处，rj(ta；xj，rj)表示干扰机与sar系统之间的瞬时斜距。观测目标t(xt，rt)的散射系数为σ(xt，rt)，定义空间斜视角为θs。

9、步骤一：干扰机对进入侦收范围的sar雷达进行sar平台、sar天线、sar信号参数实时侦察和储频；根据干扰目标点需求，获取带有复后向散射系数σ(xt，rt)的sar图像，并对sar图像进行距离向平移和方位向缩放，得到几何校正后的干扰机欺骗模板ic(xt，rt)，其中，xt为sar图像中点目标的方位向坐标，rt为sar图像中点目标的距离向坐标；步骤1.1，在干扰机侦收阶段侦察的sar参数主要包括以下三种：

10、(1)sar信号参数，中心频率f0、波长λ、信号带宽br、脉冲宽度tr和脉冲重复频率平台速度prf；

11、(2)sar天线参数，合成孔径长度ls、斜视角θs和俯仰角θ0；

12、(3)sar平台参数，飞行速度v、飞行高度h。

13、步骤1.2，根据干扰目标点需求，获取带有复后向散射系数σ(xt，rt)的sar图像，并对sar图像进行距离向平移和方位向缩放，得到几何校正后的干扰机欺骗模板。

14、获取sar斜距图像可表示为如下：

15、i(xt，rt)＝∑mσnσ(xt，rt)·δ(xt-mδu，rt-nδv)     (1)

16、其中，xt为sar图像中点目标的方位向坐标，rt为距离向坐标。m、n为整数，分别代表点目标在方位向和距离向的序号，δ(·，·)为二维dirac函数，δu、δv分别代表预干扰区域在方位向和距离向的采样间隔，σ为求和符号。sar图像的距离向需要通过平移因子exp[j4π(fr+f0)xtsinθs/c]完成平移，方位向需要进行缩放操作，完成如下几何校正：

17、δ(xt-mδu，rt-nδv)→δ(xt-(mδu+nδvsinθs)，rt-nδv/(2ε))     (2)

18、其中，ε为变标因子常数，设为0.55。完成几何校正之后的干扰欺骗模板表示为ic(xt，rt)，fr为距离向频率。

19、步骤二：在二维时域和距离多普勒域对干扰机欺骗模板ic(xt，rt)进行非线性调频变标处理，构建方位调制项hianlcs(fa，rt)。

20、步骤2.1，对几何校正之后的干扰欺骗模板进行方位向傅里叶变换，并构建通过方位匹配滤波函数hac(fa，rt)构建方位非空变调制项hiac(fa，rt)：

21、

22、hiac(fa，rt)＝hac(fa，rt)ftx[ic(xt，rt)]      (4)

23、其中，fa为方位向频率，knlrw为空变的多普勒调频率，ftx[·]为方位向傅里叶变换，q2、q3、q4、x3和x4为与knlrw相关的非线性调频变标待定系数，可以表示为如下：

24、

25、

26、步骤2.2，对方位非空变调制项hiac(fa，rt)进行方位向逆傅里叶变换，并对其进行非线性调频变标操作以构建方位空变调制项，最后通过方位向傅里叶变换得到带有方位滤波项的方位调制项表达式hlanlcs(fa，rt)：

27、hlanlcs(fa，rt)＝ftx{hanlcs(ta)iftx{hiac(fa，rt)}}      (7)

28、

29、其中，ta为方位向时间，hanlcs(ta)为非线性调频变标函数，可构建方位调频率项和方位三阶调制项的空变项，iftx{·}为方位向傅里叶逆变换。

30、步骤2.3，对带有方位滤波项的方位调制项hlanlcs(fa，rt)进行方位滤波项hhaf(fa)的补偿，得到完整方位调制项表达式hianlcs(fa，rt)：

31、hianlcs(fa，rt)＝hhaf(fa)hlanlcs(fa，rt)     (9)

32、其中，hhaf(fa)为方位四阶滤波函数，可以表示为：

33、

34、步骤三：将距离多普勒域的方位调制项hianlcs(fa，rt)转换到二维频域，进行干扰信号交叉耦合项hbulkrcm(fa，fr，rref)的一致构建，最后通过方位向逆傅里叶变换形成缺失线性距离走动项的初始化模板ht，nlrw(ta，fr，rt)输入到干扰机实时计算阶段。

35、步骤3.1，构建交叉耦合项hbulkrcm(fa，fr，rref)：

36、

37、其中，fr为距离向频率，rref为干扰区域中心参考斜距，c为光速。φ(fa，fr，rref)为干扰信号交叉耦合项，并将不同斜距处的交叉耦合项近似等于中心参考斜距的交叉耦合项，可以表示为：

38、

39、其中，为距离徙动因子。

40、步骤3.2，将方位调制项hianlcs(fa，rt)进行距离向傅里叶变换，补偿交叉耦合项hbulkrcm(fa，fr，rref)后进行方位项傅里叶逆变换，得到缺失线性距离走动项的初始化模板ht，nlrw(ta，fr，rt)：

41、ht，nlrw(ta，fr，rt)＝iftx{hbulkrcm(fa，fr，rref)ftr{hianlcs(fa，rt)}}    (13)

42、其中，ftr{·}为距离向傅里叶变换，iftx{·}为方位向傅里叶逆变换。

43、步骤四：在sar雷达进入预干扰区域后的实时计算阶段，对初始化模板进行线性距离走动项hlrw(ta，fr)的构建，得到实时sar系统相关频率响应函数ht(ta，fr)，可表示如下：

44、ht(ta，fr)＝hlrw(ta，fr)ht，nlrw(ta，fr，rt)    (14)

45、其中，hlrw(ta，fr)为线性距离走动项，可表示为：

46、

47、步骤五：干扰机调制转发阶段，将实时sar系统相关频率响应函数ht(ta，fr)与干扰机相关频率响应函数hj(ta，fr)相乘得到干扰机系统函数hj，t(ta，fr)，与截获sar信号进行卷积调制后形成干扰信号转发至sar；

48、步骤5.1，干扰机系统函数hj，t(ta，fr)通过干扰机和sar系统相关频率响应函数计算得到：

49、

50、hj(ta，fr)为干扰机相关频率响应函数，可表示为：

51、

52、其中，xj为干扰机的方位向坐标位置，rj为干扰机的距离向坐标位置，la为合成孔径长度。rj(ta；xj，rj)为干扰机相对于sar雷达的瞬时斜距，ωa(·)为方位向方向图。

53、

54、步骤5.2，将侦收截获的sar信号sj(ta，tr)与干扰机系统函数hj，t(ta，fr)进行频域卷积运算得到转发干扰信号sj，t(ta，tr)：

55、sj，t(ta，tr)＝iftr{ftr[sj(ta，tr)]hj，t(ta，fr)}     (19)

56、sj(ta，tr)为侦收机截获存储的单程sar信号，可表示为：

57、

58、其中，rect[·]为距离时间窗，tr为距离向时间，tr为信号脉冲宽度，ωa(·)为方位向方向图，kr为sar信号调频率。

59、本发明的有益技术效果如下：第一、本发明能有效针对高分辨率大斜视角sar进行欺骗干扰，为大斜视角sar欺骗干扰开拓了新的实现方案。

60、第二、干扰信号聚焦效果好，本发明产生的欺骗干扰信号能够保证极高的干扰精度，干扰信号信号能在大场景区域范围内实现虚假目标的良好聚焦，与sar雷达真实点目标成像基本一致。

61、第三、计算效率高，无论在初始化阶段、实时调制阶段还是干扰系统转发阶段本发明的计算只包含快速傅里叶变换和复数乘法，可以高效率适配干扰系统满足实时调制计算。

62、第四、硬件资源需求低，本发明通过去线性走动项调制结构将复杂耦合项的主要计算量以低方位采样点数进行计算，减少了实时调制的硬件负担。

63、综上所述，本发明适用于对抗大斜视角sar，高效率高精度地实现大面积的虚假场景或散布式虚假目标的欺骗干扰。