CN103616670B - 基于浮空平台改进的sar散射波干扰方法 - Google Patents

基于浮空平台改进的sar散射波干扰方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法。用安装于浮空平台的干扰机截获雷达时域信号；增大雷达照射区域调制中心距离向位置，计算目标中心-新调制中心历程差和新调制中心-照射中心历程差，计算上述两历程差之和；用历程差之和计算相位调制系数，对雷达时域信号进行相位调制；对相位调制后的信号进行增益调制，形成干扰信号；计算延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数；用延迟时钟数转发干扰信号到雷达照射区域，干扰信号干扰之后的脉冲信号，目标区域回波与照射区域散射回波叠加，实现散射波干扰。本发明解决了干扰调制计算量大、干扰场景散焦与失真以及干扰范围小的问题，实现高效、逼真、大范围的SAR散射波干扰。

Description

基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，更进一步涉及雷达信号处理领域中的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）散射波欺骗干扰实现方法。具体是一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，通过向雷达照射区域转发干扰信号，实施有效干扰，用于针对合成孔径雷达的散射波干扰实现，尤其适应于对合成孔径雷达整个照射区域进行散射波干扰。
背景技术
SAR的干扰技术可分为压制式干扰和欺骗式干扰。压制式干扰原理相对简单，但对干扰机的功率要求很高。欺骗式干扰则是在侦察得到敌方SAR信号的中心频率、调频率、带宽等关键参数的基础上，通过模拟雷达回波或者回波转发等方式对SAR系统进行干扰，虽然干扰原理相对复杂且干扰效果很大程度上依赖于侦察系统的精度，但对干扰机功率的要求就大大降低了。SAR欺骗式干扰使得敌方SAR系统获得的回波信号中包含欺骗信息，从而使成像结果中出现虚假干扰场景，达到“以假乱真”的干扰效果和对真实目标进行隐藏、保护的战术目的。欺骗干扰包括基于发射信号的直达波干扰以及经由地面反射的散射波干扰。直达波欺骗干扰通常需要大场景来调制，会产生巨大的计算量，由于硬件条件的限制在实际中不可能实现。而散射波干扰对于硬件计算量的要求远小于直接路径干扰，更容易在实际中实现。
刘业民，刘忠等在文献“散射波干扰对合成孔径雷达成像干扰效果的分析”（电波科学学报，第26卷第2期，2011年）研究了散射波干扰方法对合成孔径雷达的干扰效果，分析了这种干扰方法对SAR距离向的干扰效果，提出了散射波干扰因子，利用驻定相位原理，分析了散射波干扰因子对SAR目标方位像特性的影响，进而提出了散射波干扰方法对SAR产生不同干扰效果所需的干扰条件。但是，该文献的不足是，没有对多普勒参数不匹配引起的散焦进行补偿，在实施欺骗干扰过程中会引起方位向成像散焦，从而造成干扰图像不逼真，容易被识别出来，降低了欺骗干扰效果。
田贤峰，方广有在文献“星载SAR散射波欺骗干扰研究”（测控自动化，第25卷第4-1期，2009年）中提出了一种新的散射波欺骗干扰的实现方法。该方法通过距离向延时和方位向相位补偿，使得散射波干扰信号与回波信号距离向频率、方位向相位一致，取得了较好的干扰效果。但是，该方法的不足是，没有对系统参数例如干扰机的高度等因素进行分析，没有考虑系统参数误差对干扰成像结果的影响，在实施过程中会引起干扰图像“虚假”，导致干扰效果失真，不能实现逼真的干扰图像。
综上所述，现有的散射波欺骗干扰方法均没有对干扰雷达的高度等系统参数进行分析，也没有对干扰范围进行可行性分析，虽然能够实现干扰，但是在实施过程中存在会导致干扰图像的散焦、失真，有效干扰范围小等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种逼真度高、计算量小、干扰适用范围广的基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案说明如下：
本发明是一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，本发明实现SAR散射波干扰的过程包括以下步骤：
步骤1：干扰机截获雷达信号
利用安装于浮空平台的干扰机截获对方雷达发射的时域信号，获得以距离为行向量，以方位为列向量的雷达时域信号数据sJ(tr,tm)。
步骤2：对截获的雷达时域信号数据sJ(tr,tm)进行相位调制
2a）利用安装于浮空平台的干扰机，探测得到目标区域中心点的斜距历程RP(tm)，以及雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)，其中，P为目标区域中心点，I为雷达照射区域中心点，tm为方位向慢时间。
2b）根据距离向需要增大的干扰范围，增大照射区域中心I的距离向位置，使得在增大的干扰范围内成像结果满足基本聚焦要求，将照射区域调制中心由点I移动到点IC，计算得到雷达照射区域新的调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)；本发明通过增大雷达照射区域调制中心的距离向位置，减小了传统的散射波干扰方法引起的干扰场景距离向失真，得到一个更加均衡的干扰图像，提高了干扰场景的逼真程度，实现对目标区域的有效覆盖。
2c）利用目标区域中心点的斜距历程RP(tm)和雷达照射区域的新调制中心点的斜距历程RIC(tm)，计算得到目标区域中心点和雷达照射区域新的调制中心点的斜距历程差ΔR(tm)，简称目标中心-新调制中心历程差，并利用雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)以及雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)，计算雷达照射区域中心点的方位向零时刻斜距历程RI(t0)与雷达照射区域的新调制中心点IC的方位向零时刻斜距历程RIC(t0)之间的历程差ΔRIC，简称新调制中心-照射中心历程差，其中，t0表示方位向零时刻。
2d）利用得到的目标中心-新调制中心历程差ΔR(tm)、新调制中心-照射中心历程差ΔRIC，计算目标中心-新调制中心历程差和新调制中心-照射中心历程差之和ΔRtotal(tm)：ΔRtotal(tm)＝ΔR(tm)+ΔRIC，简称历程差之和，并计算相位调制系数 M = exp { - j 2 π λ Δ R total ( t m ) } .
2e）利用相位调制系数M，对截获的雷达时域信号数据sJ(tr,tm)进行相位调制，得到相位调制后的信号数据sF1(tr,tm)。
步骤3：调整干扰机天线增益，对相位调制后的信号数据sF1(tr,tm)进行增益调制
3a）调整安装于浮空平台的干扰机天线，使得天线在雷达照射区域的中心点I的增益G等于增益调制系数GI。
3b）利用调整后的增益G与相位调制后的信号数据sF1(tr,tm)相乘，完成对信号的增益调制，得到相位和增益调制后的干扰信号sF(tr,tm)。
步骤4：计算干扰信号转发需要的延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数
4a）利用步骤2d）得出的历程差之和ΔRtotal(tm)，计算得到延时差Δτ。
4b）将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，计算干扰信号转发相对应的延迟时钟数(Δτ+N·PRI)·fJ，其中，PRI为脉冲重复间隔，fJ为安装于浮空平台的干扰机的工作频率。通过将延时差增加N个脉冲重复间隔后计算得到的转发延迟时钟数，实现延迟转发的操作，将干扰信号的转发延迟增加N个脉冲重复间隔，用干扰信号来干扰之后的脉冲回波，而非当前的脉冲回波，增大了相位和增益调制的实施时间，克服了现有技术干扰时间短，干扰范围小的不足，使得本发明的干扰距离理论上扩展到合成孔径雷达可以探测的整个区域。
步骤5：根据延迟时钟数转发干扰信号到雷达照射区域形成散射波干扰
利用得到的延迟时钟数将得到的干扰信号sF(tr,tm)延迟后转发到雷达照射区域，对方雷达同时接收到照射区域的地物散射回波即干扰场景的散射回波信号，与目标区域的回波即真实场景的回波信号，这两个回波信号混合，得到照射区域的散射波干扰信号与目标区域的雷达回波信号叠加后的信号，该信号为含有目标信号和干扰信号的叠加信号，能够将干扰场景与真实场景叠加，在对方合成孔径雷达成像系统中得到较好的干扰效果，从而实现对对方合成孔径雷达的有效欺骗干扰。
本发明的实现还在于：步骤2d）所述的历程差之和ΔRtotal(tm)的计算公式如下所示：ΔRtotal(tm)＝ΔR(tm)+ΔRIC；所述的相位调制系数M的计算为：其中，λ为雷达发射信号的波长，j为虚数单元，j2=-1；利用相位调制系数M，对截获的雷达时域信号数据的相位信息进行调制，使得干扰信号在相位信息上更加接近真实信号。
本发明的实现还在于：步骤3a）所述的干扰机天线在雷达照射区域的中心点I的增益为：其中，GP为雷达天线在P点方向的增益，GJ为雷达天线在J点方向的增益，AJ为干扰机天线的有效面积；利用调整后的照射区域中心点的增益G对截获的雷达时域信号数据的幅度信息进行调制。
本发明的实现还在于：步骤4b）所述的将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，计算干扰信号转发相对应的延迟时钟数：(Δτ+N·PRI)·fJ，其中，PRI为脉冲重复间隔，fJ为安装于浮空平台的干扰机的工作频率；利用延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI将干扰信号进行延迟发射，用于干扰之后的脉冲回波信号，而非当前的脉冲回波信号，克服了现有技术干扰调制时间短，干扰距离短的不足，理论上增大了本发明干扰方法的有效作用距离。
本发明的实现还在于：步骤5所述的利用得到的延迟时钟数将得到的干扰信号延迟后转发到雷达照射区域，产生照射场景的地物反射回波对目标区域进行散射波干扰，克服了直达波大场景干扰计算量巨大的问题，实现了简单、高效的干扰方法。
本发明所述的基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法对散射波干扰特性、干扰区域的可行性以及干扰雷达的系统参数进行了分析，降低了干扰区域的距离向失真和散焦，实现了对合成孔径雷达的整个探测范围都可以进行散射波干扰，得到良好的干扰效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明采用了对截获信号进行散射波干扰调制，避免了直达波干扰中对干扰场景信息逐点调制的计算过程，克服了直达波干扰的大场景调制产生巨大计算量以及硬件设备的限制问题，使得本发明具有了实现简单，效率高，实时性高的优点。
第二，本发明分析了干扰机高度、调制中心等参数设置，采用了增大干扰机安装高度，还采用了增大雷达照射区域调制中心距离向位置的方法，克服了现有技术中散射波干扰调制引起的距离向的散焦和失真，使得本发明干扰方法能够得到一个更加均衡的干扰场景，产生一个更为逼真的干扰场景，实现对真实场景的有效覆盖，为合成孔径雷达的目标识别增加了难度。
第三，本发明分析了有效干扰范围的可行性，采用了将干扰信号的发射延时增加N个脉冲重复间隔，用来干扰之后的脉冲信号的方法，克服了现有技术中干扰时间和干扰距离短的不足，使得本发明的干扰范围理论上可以扩展到SAR可以探测的整个区域，具有更好的可行性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明几何模型示意图；
图3为本发明方法对点目标阵列进行散射波干扰的仿真效果图，其中图3（a）为目标区域以及照射区域中散射体的理论位置，图3（b）为图3（a）数据的仿真成像结果，图3（c）为将照射区域调制中心距离向位置增大1km由点I移动到点IC后，目标区域以及照射区域的散射体理论位置，图3（d）为对图3（c）数据仿真成像结果图；
图4为干扰信号延迟转发示意图；
图5为本发明方法对某场景进行散射波干扰的仿真效果图，其中纵坐标为距离向，横坐标为方位向，图5（a）为雷达照射区域的直接成像结果图，图5（b）为无散射波干扰的目标区域成像结果图，图5（c）为未改进的雷达照射区域的散射波成像结果，图5（d）为以雷达照射区域中心为干扰调制中心的散射波干扰成像结果图，图5（e）为增大调制中心后的雷达照射区域的散射波成像结果，图5（f）为以增大的雷达照射区域的新调制中心为干扰调制中心的散射波干扰成像结果图。
具体实施方式
实现本发明的基本思路是：首先，利用干扰机截获对方雷达时域信号；接着，增大雷达照射区域的调制中心，以新的调制中心为干扰调制中心将截获的对方雷达时域信号经过相位以及增益调制生成干扰信号；然后，将干扰信号的延迟时间增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数；最后，利用延迟时钟数将干扰信号延迟转发到雷达照射区域，产生的地物反射回波与原始雷达信号回波叠加，被对方雷达接收后，实现干扰场景与真实场景混合，从而降低对方雷达对目标的探测与识别。
下面结合附图对本发明的步骤做进一步详细描述。
实施例1：
对于SAR散射波干扰，针对现有技术中散射波干扰引起的距离向失真以及干扰距离短的不足，本发明设计了一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，参见图1，本发明的SAR散射波干扰方法包括以下步骤：
步骤1：干扰机截获雷达信号
基于对现有技术中存在的干扰图像失真以及散焦问题的分析，本发明采取了增大干扰机高度的技术方案，具体是将干扰机安装于浮空平台上，利用高度的增加扩展干扰信号的有效转发范围，利用安装于浮空平台的干扰机截获对方的雷达时域信号，获得以距离为行向量，以方位为列向量的雷达时域信号数据。
步骤2：对截获的雷达时域信号数据进行相位调制
2a）利用安装于浮空平台的干扰机，探测得到目标区域中心点的斜距历程RP(tm)，以及雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)，其中，P为目标区域中心点，I为雷达照射区域中心点，tm为方位向慢时间。
2b）根据距离向需要增大的干扰范围，增大雷达照射区域中心I的距离向位置，使得在增大的干扰范围内成像结果满足基本聚焦要求，将照射区域调制中心由点I移动到点IC，计算得到的雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)。
2c）利用得到的目标区域中心点的斜距历程RP(tm)和雷达照射区域的新调制中心点的斜距历程RIC(tm)，计算得到目标区域中心点和雷达照射区域的新调制中心点的斜距历程差ΔR(tm)，简称目标中心-新调制中心历程差，并利用得到的雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)以及雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)，计算雷达照射区域的新调制中心点IC的方位向零时刻斜距历程RIC(t0)与雷达照射区域中心点的方位向零时刻斜距历程RI(t0)之间的历程差ΔRIC，简称新调制中心-照射中心历程差，其中，t0表示方位向零时刻。
2d）利用得到的目标中心-新调制中心历程差ΔR(tm)、新调制中心-照射中心历程差ΔRIC，计算目标中心-新调制中心历程差和新调制中心-照射中心历程差之和ΔRtotal(tm)，简称历程差之和，并计算相位调制系数M。
2e）利用得到的相位调制系数M，对截获的雷达时域信号数据进行相位调制，得到相位调制后的信号数据。
步骤3：调整干扰机天线增益，对相位调制后的信号数据进行增益调制
3a）调整安装于浮空平台的干扰机天线，使得天线在雷达照射区域的中心点I的增益G等于增益调制系数GI。
3b）利用调整后的增益G与得到的相位调制后的信号数据相乘，完成对信号的增益调制，得到相位和增益调制后的干扰信号；
步骤4：计算干扰信号转发需要的延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数
4a）利用得出的历程差之和ΔRtotal(tm)，计算得到延时差Δτ；
4b）将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，计算干扰信号转发相对应的延迟时钟数；
步骤5：根据延迟时钟数转发干扰信号到雷达照射区域形成散射波干扰
利用得到的延迟时钟数将得到的干扰信号延迟后转发到雷达照射区域，对方雷达同时接收到照射区域的地物散射回波与目标区域的回波信号，这两个回波信号混合，得到目标区域的雷达回波信号与照射区域的散射波干扰信号叠加后的信号，该信号为含有目标信号和干扰信号的叠加信号，完成对对方雷达的欺骗干扰。
本发明通过采用对截获信号进行散射波干扰调制，避免了直达波干扰中对干扰场景信息逐点调制的计算过程，克服了直达波干扰的大场景调制产生巨大计算量以及硬件设备的限制问题，使得本发明实现简单，效率高，实时性高。
实施例2
基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法同实施例1，下面结合图1和图2，对本发明基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法再做详尽说明。
步骤1：利用安装于浮空平台的干扰机截获雷达时域信号
利用安装于浮空平台的干扰机截获雷达时域信号，获得以距离为行向量，以方位为列向量的雷达时域信号数据sJ(tr,tm)，其中，tr为距离向快时间，tm为方位向慢时间。
步骤2：利用历程差之和计算相位调制系数，对雷达时域信号进行相位调制
2a）利用安装于浮空平台的干扰机进行探测，得到目标区域中心点P的斜距历程以及雷达照射区域中心点I的斜距历程其中，参见图2，假定认为雷达平台S的航迹是理想直线并且以恒定速度v飞行，将它在时刻tm＝0发射脉冲时对应的地面位置作为坐标系的原点，其中tm是方位向上的慢时间。x轴平行于航迹并且取SAR传感器的速度方向为正方向，称为方位向，z轴垂直于地面且向上为正方向，最后由右手准则确定y轴，并称y轴方向为距离向，J表示安装于浮空平台的干扰机雷达，P表示目标区域中心点，I表示雷达照射区域中心点，IC表示雷达照射区域的新调制中心点，为雷达到目标区域中心点的斜距向量，为信号由目标区域中心点到雷达的斜距向量，为雷达到干扰机的斜距向量，为干扰机到照射区域中心点的斜距向量，为照射区域中心点到雷达接收的斜距向量。
2b）根据距离向需要增加的干扰范围，增大照射区域中心点I的距离向位置，使得在增加的干扰范围内成像结果满足基本聚焦要求，将雷达照射区域调制中心由点I移动到点IC，计算得到雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程其中，参见图2，为干扰机到雷达照射区域新调制中心点的斜距向量，为雷达照射区域新调制中心点到雷达的斜距向量。
2c）根据目标区域中心点P的斜距历程RP(tm)以及雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)，计算得到二者的斜距历程差ΔR(tm)＝RP(tm)-RIC(tm)，简称目标中心-新调制中心历程差；再利用雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)以及雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)，计算雷达照射区域中心点I的方位向零时刻斜距历程RI(t0)与雷达照射区域的新调制中心点IC的方位向零时刻斜距历程RIC(t0)之间的历程差ΔRIC＝RIC(t0)-RI(t0)，简称新调制中心-照射中心历程差，其中t0为方位向零时刻，即tm＝0。
2d）计算目标中心-新调制中心历程差ΔR(tm)以及新调制中心-照射中心历程差ΔRIC之和ΔRtotal(tm)=ΔR(tm)+ΔRIC，简称历程差之和；继而计算得到信号的相位调制系数其中，λ为雷达发射信号的波长，j为虚数单元，j2=-1。
2e）利用相位调制系数M对截获的雷达时域信号sJ(tr,tm)进行相位调制，得到相位调制后的时域信号sF1(tr,tm)；
s F 1 ( t r , t m ) = s J ( t r , t m ) · M = s J ( t r , t m ) · exp { - j 2 π λ Δ R total ( t m ) }
其中，sF1(tr,tm)为相位调制后的时域信号。
步骤3：调整干扰机天线增益，对相位调制后的信号数据进行增益调制，生成干扰信号
3a）调整安装于浮空平台的干扰机的天线，使得天线在雷达照射区域中心点I的增益G等于增益调制系数GI，即G＝GI。
3b）将相位调制后的时域信号sF1(tr,tm)乘以干扰机天线在照射区域中心点I处的增益G，完成对信号的增益调制，得到相位和增益调制后的干扰信号sF(tr,tm)；
s F ( t r , t m ) = G · s F 1 ( t r , t m ) = G I · s J ( t r , t m ) · exp { - j 2 π λ ΔR total ( t m ) }
其中，sF(tr,tm)为相位和增益调制后的干扰信号，干扰机天线在照射区域中心点I处的增益为GP为雷达天线在P点方向的增益，GJ为雷达天线在J点方向的增益，AJ为干扰机天线的有效面积。
步骤4：利用历程差之和计算延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数
4a）利用步骤2中得到的历程差之和ΔRtotal(tm)，计算得到延时差 Δτ = ΔR total ( t m ) c , 其中，c为光速。
4b）将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，进而得到干扰信号sF(tr,tm)转发需要的延迟时钟数(Δτ+N·PRI)·fJ，其中，fJ表示干扰机的工作频率。
步骤5：根据延迟时钟数将干扰信号进行延迟转发到雷达照射区域，实现有效的散射波干扰
将干扰信号sF(tr,tm)延迟(Δτ+N·PRI)·fJ个时钟数再转发到雷达照射区域，对方雷达同时接收到照射区域的地物散射回波与目标区域的回波信号，这两个回波信号混合，得到真实场景雷达回波信号与干扰场景散射波干扰回波信号叠加的欺骗干扰信号，在对方的雷达成像系统中目标区域的真实场景与照射区域的干扰场景相互叠加，完成对对方雷达的散射波干扰，使得对方雷达难以对成像结果进行分辨，从而保护了目标区域的真实目标。
实施例3
基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法同实施例1-2，结合附图3的仿真效果图对本发明方案降低失真，产生逼真场景进行详细说明，其中步骤2b）所述的增大照射区域调制中心的距离向位置的方法，本发明通过增大照射区域调制中心的距离向位置，减少干扰场景的散焦和距离向失真，产生一个更加均衡的干扰场景，提高了干扰场景的逼真度。
参见图3，纵坐标表示距离向位置，横坐标表示方位向的位置，单位均为m。目标区域中有9个散射体，每两个散射体之间间隔100米从而形成了一个3×3的点阵。散射体的位置会随着斜视角的变化而发生旋转。设置照射区域使之与目标区域的点阵分布相同。其中图3（a）为目标区域以及照射区域中散射体的理论位置，真实场景中的散射体编号为1～9，由‘□’表示，干扰场景中的散射体编号为1′～9′，由‘○’表示；图3（b）为图3（a）数据的仿真成像结果，图3（c）为将照射区域调制中心距离向位置增大1km由点I移动到点IC后，目标区域以及照射区域的散射体理论位置，真实场景中的散射体编号为1～9，由‘□’表示，干扰场景的散射体编号为1′～9′，由表示‘○’；图3（d）为对图3（c）数据仿真成像结果图。
本发明附图5所示的仿真在MATLAB7.0软件下进行的，SAR仿真参数如下：雷达工作在X波段，信号带宽为150MHz，脉冲重复间隔PRI为0.0025s，信号波长为0.03m，信号脉冲宽度为1μs，信号的采样频率为2.1MHz，SAR系统工作模式为斜视，斜视角为10°。
比较图3（a）、（c）的理论结果和（b）、（d）的仿真结果，图3（b）和（d）所示的仿真成像结果与图3（a）和（c）所示的理论位置相匹配，仿真结果验证了本发明关于失真问题解决方案理论分析的正确性。
因为在干扰场景中散射体不同方向的位置误差会导致图像压缩和图像弯曲，以雷达照射区域中心为干扰调制中心，照射区域内的散射体的距离向误差导致距离向成像发生大的弯曲和压缩，而方位向只有压缩，距离向和方位向的失真不均衡，引起意外的褶皱，最终导致干扰场景与真实场景相差很大，容易被对方识别。从图3（a）和图3（b）的成像结果中，可以看出图3（b）所示的仿真成像结果与和图3（a）所示的理论位置相匹配，照射区域的散射体在方位向上变窄一半，距离向上产生倾斜和压缩，并且距离向上的压缩是不一致的，直观地说，散射体4′到4的距离大于散射体6′到6的距离。
本发明采用了增大照射区域调制中心的距离向位置，能够降低雷达照射区域中散射体的距离误差引起的距离失真，虽然这个干扰区域整体上仍然受到压缩和弯曲，但是距离向和方位向的压缩和弯曲程度相对比较统一，没有产生局部的褶皱，而是产生一个具有均衡失真的干扰场景，提高了干扰场景的逼真度，实现对目标区域的有效覆盖，为合成孔径雷达的目标识别增加了难度。从图3（c）和（d）的成像结果中，可以看出图3（d）所示的仿真成像结果与和图3（c）所示的理论位置相匹配，照射区域散射体在方位向上比距离向位置未增大时的成像结果稍微有些变窄，而距离向的倾斜与压缩明显减少，利用本发明得到了一个更均衡的干扰场景，能够有效地融入到真实场景中，从而保护真实目标，增加合成孔径雷达对目标的探测与识别难度。
实施例4
基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法同实施例1-3，其中步骤4b）所述的将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，计算干扰信号转发相对应的延迟时钟数(Δτ+N·PRI)·fJ；调制截获信号生成的干扰信号要与目标区域的回波信号同时被雷达接收，即相对于雷达的发射信号，干扰信号的总延迟时间τF必须与目标区域回波信号的总延迟时间τP相同τF=τP，才能实现真实信号与干扰信号叠加的干扰效果。
参见图2的几何模型示意图和图4的信号延迟转发示意图，图4是以雷达发射的第k个和第k+1个脉冲信号为例，将延时差增加一个脉冲重复间隔即N=1，其中，s0表示雷达发射信号，sF表示相位和增益调制后的干扰信号，sI表示雷达照射区域的转发回波信号，PRI表示脉冲重复间隔，计量相邻两个脉冲之间的发射间隔时间，TP表示发射脉冲的时宽。
雷达发射第k个脉冲信号s0开始，信号传播到干扰机被干扰机接收需要一个时间延迟τSJ，干扰机不经过干扰调制直接将信号转发到雷达照射区域，经照射区域反射最后回到雷达需要另一个时间延迟τJIS，雷达照射区域的转发回波信号sI的总延时只有传播路径延迟即τI＝τSJ+τJIS；在散射波干扰过程中，干扰机需要对截获信号进行相位和增益等干扰调制，这个过程需要一个调制时间延迟τM≥0，干扰信号sF的整个截获、调制和转发过程相比于信号sI的截获和转发过程多了一个信号的干扰调制过程，即图4中的干扰延迟τF＝τI+τM；可以得出在同一个脉冲重复间隔内τI≤τF＜PRI，即干扰信号sF只能在雷达照射区域的转发回波信号sI被雷达接收后以及下一个雷达脉冲发射前才能转发，即图4所示的栅格阴影部分。因为干扰信号的延迟必须满足τF＝τP，所以干扰信号可以干扰的目标区域的延时范围为τI≤τP＜PRI，也就限制了可干扰的目标区域的范围只能在图4所示的栅格阴影部分对应的雷达照射范围内。
本发明中将转发信号的时延增加一个脉冲重复间隔，用当前发射脉冲调制产生的干扰信号去干扰下一个发射脉冲，即τF＝τI+τM+PRI，此时τI＜τF＜2·PRI。对第k+1个发射脉冲，干扰信号的延迟时间的范围为TP＜τF＜PRI，即图4所示的点阴影部分。此时干扰信号可以干扰的目标区域的延时范围为TP＜τP＜PRI，对应的可干扰的目标区域的范围也就扩展到了整个脉冲重复间隔内雷达的整个探测范围。比较第k个脉冲和第k+1个脉冲，将延时差增加一个脉冲重复间隔，干扰信号的转发延时范围明显增大，第k+1个脉冲的整个脉冲重复间隔内都可以转发干扰信号，增大了相对应的干扰范围。在一个脉冲重复间隔内，干扰范围由图4所示的栅格阴影部分扩展到了整个脉冲重复间隔内，即图4所示的点阴影部分，实现了干扰区域的扩展，具有更好的可行性。
实施例5
基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法同实施例1-4，结合具体参数进行仿真实验，参见图5仿真效果示意图进一步说明了本发明方法的实现。
附图5所示的仿真在MATLAB7.0软件下进行的，仿真数据的参数如下：雷达工作在X波段，信号带宽为150MHz，脉冲重复间隔PRI为0.0025s，信号波长为0.03m，信号脉冲宽度为1μs，信号的采样频率为2.1MHz。SAR系统工作模式为斜视，斜视角为10°。被保护区域以及照射区域成像结果图的方位向为625米，距离向为400米。
图5（a）为雷达照射区域的真实成像结果图，照射区域中心处有一座建筑，建筑的周围分布有一些树木。图5（b）为无散射波干扰的目标区域真实场景成像结果图，目标区域的中心有一架飞机，场景中心上方有另一架飞机。图5（c）为以雷达照射区域中心为调制中心的散射波成像结果，从图中可以看出雷达照射区域的散射波干扰调制引起的失真。照射区域在距离向上弯曲并压缩，并且距离向上的压缩不一致，方位向上变窄。图5（d）为以雷达照射区域中心为干扰调制中心的目标区域散射波干扰成像结果图，从图中可以看出真实场景中心处的飞机虽然完全被建筑物覆盖，但是另一架飞机却没有很好地被覆盖，而且干扰场景与真实场景有明显的差别，干扰场景存在失真，容易被识别，干扰效果不理想。图5（e）为本发明增大雷达照射区域调制中心的散射波成像结果，从图中可以看出干扰图像距离向的弯曲与失真明显降低，方位向上图像被压缩为原始成像结果的一半，得到一个更加均衡的干扰场景。图5（f）为本发明以雷达照射区域的新调制中心为干扰调制中心的目标区域散射波干扰成像结果图，从图中可以看出干扰场景已经形象地融入了真实场景，真实场景中心处的飞机完全被建筑物覆盖，而另一架飞机虽然没有很好地被覆盖，但是由于干扰场景逼真度高，干扰场景与真实场景的叠加，干扰场景削弱了真实场景的目标特性，为目标的识别增加了难度。
简而言之，本发明公开的基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法。其步骤为：利用安装于浮空平台的干扰机截获雷达时域信号；增大雷达照射区域调制中心的距离向位置，计算目标中心与雷达照射区域新调制中心的斜距历程差以及雷达照射区域新调制中心的方位向零时刻斜距历程与雷达照射区域中心的方位向零时刻斜距历程差，计算历程差之和；利用历程差之和计算相位调制系数，对雷达时域信号进行相位调制；调整干扰机天线增益，对相位调制后的信号进行增益调制，形成干扰信号；利用历程差之和计算延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数；利用延迟时钟数对干扰信号进行延迟转发到雷达照射区域，用当前脉冲回波调制生成的干扰信号干扰之后的脉冲信号，而非当前的脉冲信号，目标区域回波与照射区域散射回波叠加，实现散射波干扰。本发明的基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法解决了现有技术中干扰调制计算量大、干扰场景散焦与失真以及干扰范围小的技术问题，实现了干扰场景逼真、干扰过程高效以及干扰范围广的SAR散射波干扰。

Claims (5)

1.一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：干扰机截获雷达信号
利用安装于浮空平台的干扰机截获对方的雷达时域信号，获得以距离为行向量，以方位为列向量的雷达时域信号数据；
步骤2：对截获的雷达时域信号数据进行相位调制
2a)利用安装于浮空平台的干扰机，探测得到目标区域中心点的斜距历程Rp(tm)，以及雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)，其中，P为目标区域中心点，I为原始雷达照射区域中心点，tm为方位向慢时间；
2b)根据距离向需要增大的干扰范围，增大雷达照射区域中心I的距离向位置，使雷达照射区域调制中心由点I移动到点IC，计算得到雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)；
2c)利用得到的目标区域中心点的斜距历程RP(tm)和雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)，计算得到目标区域中心点和雷达照射区域的新调制中心点的斜距历程差ΔR(tm)，简称目标中心-新调制中心历程差，并利用雷达照射区域中心点的斜距历程RI(tm)以及雷达照射区域的新调制中心点IC的斜距历程RIC(tm)，计算雷达照射区域中心点I的方位向零时刻斜距历程RI(t0)与雷达照射区域的新调制中心点IC的方位向零时刻斜距历程RIC(t0)之间的历程差ΔRIC，简称新调制中心-照射中心历程差，其中，t0表示方位向零时刻；
2d)利用得到的目标中心-新调制中心历程差ΔR(tm)、新调制中心-照射中心历程差ΔRIC，计算目标中心-新调制中心历程差和新调制中心-照射中心历程
差之和ΔRtotal(tm)，简称历程差之和，并计算相位调制系数M；
2e)利用得到的相位调制系数M，对截获的雷达时域信号数据进行相位调制，得到相位调制后的信号数据；
步骤3：调整干扰机天线的增益，对相位调制后的信号数据进行增益调制
3a)调整安装于浮空平台的干扰机天线，使得天线在雷达照射区域中心点I的增益G等于增益调制系数GI；
3b)利用调整后的增益G与得到的相位调制后的信号数据相乘，完成对信号的增益调制，得到相位和增益调制后的干扰信号；
步骤4：计算干扰信号转发需要的延时差，将延时差增加N个脉冲重复间隔，计算延迟时钟数
4a)利用得出的历程差之和ΔRtotal(tm)，计算得到延时差Δτ；
4b)将延时差Δτ增加N个脉冲重复间隔PRI，计算干扰信号转发相对应的延迟时钟数；
步骤5：根据延迟时钟数转发干扰信号到雷达照射区域形成散射波干扰
利用得到的延迟时钟数将得到的干扰信号延迟后转发到对方雷达照射区域，对方雷达同时接收到照射区域的地物散射回波与目标区域的回波，这两个回波信号混合，得到目标区域的雷达回波信号与照射区域的散射波干扰信号叠加后的信号，该信号为含有目标信号和干扰信号的叠加信号，完成对对方雷达的欺骗干扰。
2.根据权利要求1所述的一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，其特征在于：步骤2d)所述的历程差之和是：ΔRtotal(tm)＝ΔR(tm)+ΔRIC；所述的相位调制系数M的计算为：其中，λ为雷达发射信号的波长，j为虚数单元，j2＝-1。
3.根据权利要求2所述的一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，其特征在于：步骤3a)所述的干扰机天线在雷达照射区域的中心点I的增益为：
其中，为雷达到干扰机的斜距向量，为干扰机到照射区域中心点的斜距向量，为雷达到目标区域中心点的斜距向量，GI为雷达天线在I点方向的增益，GP为雷达天线在P点方向的增益，GJ为雷达天线在J点方向的增益，AJ为干扰机天线的有效面积。
4.根据权利要求3所述的一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，其特征在于：步骤4a)所述的利用得出的历程差之和ΔRtotal(tm)，计算得到延时差Δτ，延时差Δτ的计算为：其中，c为光速。
5.根据权利要求4所述的一种基于浮空平台改进的SAR散射波干扰方法，其特征在于：步骤4b)所述的延迟时钟数为：(Δτ+N·PRI)·fJ，其中，PRI为脉冲重复间隔，fJ为安装于浮空平台的干扰机的工作频率。
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