基于双可编程超表面的雷达成像欺骗干扰方法及干扰装置

本发明涉及新型人工电磁材料，尤其涉及一种基于双可编程超表面的雷达成像欺骗干扰方法及干扰装置。

背景技术：

1、可编程电磁超表面是由一系列亚波长单元构成的，这些亚波长单元加载有源器件并以周期性方式排列，构成平面阵列结构。由于其独特的电磁波调控能力，可编程超表面已经在无线通信、电子对抗领域得到广泛研究。可编程超表面通过在时域进行编码，可以对入射信号进行幅度调制、相位调制与频率调制，从而改变原始信号的波形样式与频谱结构。例如，ke,j.c.,dai,j.y.,zhang,j.w.,chen,z.,chen,m.z.,lu,y.,...&cui,t.j.(2022).frequency-modulated continuous waves controlled by space-time-codingmetasurface with nonlinearly periodic phases.light:science&applications,11(1),273.公开了在波形设计方面可以实现既定波形(频谱结构)的生成。wang,j.,feng,d.,xu,z.,wu,q.,&hu,w.(2020).time-domain digital-coding active frequencyselective surface absorber/reflector and its imaging characteristics.ieeetransactions on antennas and propagation,69(6),3322-3331.公开了在电子对抗方面可以调制人为诱导的信息，从而使得敌方雷达获取虚假的目标特性。

2、但是，在现有研究中可编程超表面对信号的调制通常基于信号正入射于超表面平面的假设，该假设使得每个可编程超表面单元具有统一的时空响应。然而，在实际应用中信号更可能斜入射于可编程超表面平面，特别是对于电子对抗环境而言，敌方雷达的相对位置往往是未知的。相较于正入射，斜入射带来的影响主要包括两个部分：一方面斜入射会使得可编程超表面单元具有初始的相位差，从而反射信号的出射方向变得难以控制；另一方面，反射信号的空间色散使得需求出射方向上散射信号的能量降低，进而信噪比下降，所采用的时间编码调制策略可能失效。因此，解决可编程超表面对于信号调制的角度敏感与散射增强问题具有实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于双可编程超表面的雷达成像欺骗干扰方法及干扰装置。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种基于双可编程超表面的雷达成像欺骗干扰方法，包括：

3、s1.控制第一可编程超表面的空间编码进行波束扫描，并使其方向图主瓣对准雷达信号入射方向进行接收；

4、s2.对入射的雷达信号进行增强处理，并将增强的雷达信号传输到第二可编程超表面；

5、s3.控制所述第二可编程超表面的空间编码与时间编码，以调制增强的雷达信号的时域表征与频谱结构，并将调制后的雷达信号对准入射方向发射。

6、根据本发明的一个方面，步骤s1中，控制第一可编程超表面的空间编码进行波束扫描，并使其方向图主瓣对准雷达信号入射方向进行接收的步骤中，包括：

7、s11.控制所述第一可编程超表面进行空间波束扫描并通过第一喇叭天线获取入射的雷达信号；

8、s12.检测所述第一可编程超表面在不同波束指向时入射的雷达信号的信号强度以确定出入射的雷达信号的角度信息；

9、s13.基于所述角度信息控制所述第一可编程超表面的空间编码使其方向图主瓣对准入射方向。

10、根据本发明的一个方面，步骤s11中，控制所述第一可编程超表面进行空间波束扫描并通过第一喇叭天线获取入射的雷达信号的步骤中，包括：

11、s111.建立以所述第一可编程超表面对所述第一喇叭天线进行相位补偿的第一喇叭天线近场馈电模型；

12、s112.构建所述第一可编程超表面的空间编码模型；

13、s113.基于所述空间编码模型和所述第一喇叭天线近场馈电模型控制所述第一可编程超表面进行空间波束扫描以获取所述入射信号。

14、根据本发明的一个方面，步骤s112中，构建所述第一可编程超表面的空间编码模型的步骤中，所述空间编码模型表示为：

15、

16、

17、

18、其中，表示第一喇叭天线引起的第一可编程超表面中第一超表面单元之间的附加相位差，表示以第一可编程超表面的第一行、第一列单元为参考，与第(m,n)个第一超表面单元的初始相位差，m表示第一可编程超表面中第一超表面单元的行数，n表示第一可编程超表面中第一超表面单元的列数，(xmn，ymn，0)和(xh，yh，zh)分别表示第一超表面单元和第一喇叭天线的三维坐标,kc表示信号波数，dx和dy分别表示x轴和y轴上均匀间隔的第一超表面单元之间的距离，表示期望波束指向。

19、根据本发明的一个方面，步骤s12中，检测所述第一可编程超表面在不同波束指向时入射的雷达信号的信号强度以确定出入射的雷达信号的角度信息的步骤中，基于入射的雷达信号的信号强度中最大的信号强度确定出入射的雷达信号的角度信息。

20、根据本发明的一个方面，步骤s2中，对入射的所述雷达信号进行增强处理，并将增强的雷达信号传输到第二可编程超表面的步骤中，增强的雷达信号基于在所述第二可编程超表面近场所设置的第二喇叭天线发出，并基于所述第二可编程超表面反射至远场的雷达方向。

21、根据本发明的一个方面，步骤s3中，控制所述第二可编程超表面的空间编码与时间编码，以调制增强的雷达信号的时域表征与频谱结构，并将调制后的雷达信号对准入射方向发射的步骤中，包括：

22、s31.控制所述第二可编程超表面的空间编码以调整增强的雷达信号的主射方向；

23、s32.控制所述第二可编程超表面的时间编码以调整增强的雷达信号的时域表征与频谱结构，并将调制后的雷达信号对准入射方向发射。

24、根据本发明的一个方面，步骤s32中，控制所述第二可编程超表面的时间编码以调整增强的雷达信号的时域表征与频谱结构的步骤中，基于雷达信号与可编程超表面之间的相互作用模型对所述第二可编程超表面进行控制，以调整增强的雷达信号的时域表征与频谱结构；其中，所述相互作用模型表示为：

25、

26、其中，θ和分别表示雷达信号相对于超表面平面远场方向的俯仰角和方位角，τ表示快时间，s(τ)表示雷达信号，表示可编程超表面的调制项；

27、可编程超表面的调制项表示为：

28、

29、

30、其中，k0表示被调制后雷达信号反射时其频率对应的波数，表示可编程超表面中超表面单元的空间散射特性，表示可编程超表面中超表面单元间在远场观测方向由空间波程差导致的相位差，pmn(τ)表示可编程超表面编码的时域调制信号，即时间编码，其中，当可编程超表面的时域调制信号具有周期性时，时域调制信号可表示为：

31、

32、其中，αu为傅里叶变换系数，u表示谐波阶数，fs为时域周期调制频率。

33、为实现上述发明目的，本发明提供一种用于前述的雷达成像欺骗干扰方法的干扰装置，包括：接收单元、发射单元和调控单元；

34、所述接收单元包括：第一可编程超表面，在第一可编程超表面近场设置的第一喇叭天线；

35、所述发射单元包括：第二可编程超表面，在第二可编程超表面近场设置的第二喇叭天线；

36、所述调控单元包括：射频通道组件和控制通道组件；

37、所述射频通道组件分别与所述第一喇叭天线和所述第二喇叭天线相连接，以作为信号传输路径；

38、所述控制通道组件分别与所述第一可编程超表面和所述第二可编程超表面相连接。

39、根据本发明的一个方面，所述射频通道组件包括：检波器和功率放大器；

40、所述检波器和所述功率放大器相连接；

41、所述检波器与所述第一喇叭天线相连接；

42、所述功率放大器与所述第二喇叭天线相连接；

43、所述控制通道组件采用fpga控制器。

44、根据本发明的一种方案，本发明通过采用双超表面的架构，分别与各自的喇叭天线集成在一起，形成射频收发器组件，接收超表面通过空间波束扫描确定入射雷达信号的方向，发射超表面将调制后的信号发射至同一方向，解决了入射角度敏感的问题。

45、根据本发明的一种方案，本发明通过采用检波器和功率放大器直接连接的形式，斜入射条件下，原目标的散射强度得到了提高，解决了后向散射强度较低的问题。

46、根据本发明的一种方案，本发明的发射超表面(即第二可编程超表面)通过时间编码对雷达信号的相位、幅度、频率的信息进行实时调制，利用空时调制技术在成像雷达获得的高分辨率距离像上的原目标周围生成多个合成假目标，实现了高分辨距离像的欺骗干扰。

47、根据本发明的一种方案，本发明的接收超表面(即第一可编程超表面)的波束可以与入射波的方向动态对齐，实现系统内的实时自跟踪。另外，来自接收超表面的入射信号由功率放大器放大并由发射超表面发射，进而通过发射超表面的时间编码直接在射频处调制雷达信号，从而附加人工调制的假目标信息。