CN103675769A - 基于分布式接收机的斜视sar欺骗干扰方法 - Google Patents

基于分布式接收机的斜视sar欺骗干扰方法 Download PDF

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Abstract

基于分布式接收机的斜视SAR欺骗干扰方法，包括以下步骤：利用干扰机和接收机分别截获雷达信号，分析SAR信号参数；计算各接收机到干扰机的延时差；根据延时差及接收机的位置坐标计算延时系数；设计虚假场景的位置分布，利用延时系数计算虚假场景各点相对应的延时差；利用延时差对截获的雷达信号进行干扰调制，生成欺骗干扰信号并转发，对方雷达得到真实场景雷达信号与虚假场景欺骗干扰信号叠加的欺骗干扰信号。本发明将SAR参数进行整体化计算，克服了现有电子侦察技术对SAR参数侦查精度不高、参数侦查误差引起虚假场景散焦造成降低欺骗干扰效果的不足，避开对SAR斜视角的侦查估计的难题，具有实现简单，效率高，逼真度高的优点。

Description

基于分布式接收机的斜视SAR欺骗干扰方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种雷达信号处理中的SAR欺骗干扰的方法。
背景技术
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，以下简称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，是采用大功率随机噪声对真实的SAR信号进行“覆盖”，降低回波信噪比，使SAR无法成像，但压制式干扰对干扰机的功率要求很高。欺骗式干扰是在侦察得到对方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，但灵活性高，同时也降低了对干扰机功率的要求。
SAR欺骗式干扰可以使得对方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、保护的目的。但是欺骗干扰的干扰效果很大程度上依赖于侦察系统的精度。以现有的侦查手段，SAR到虚假场景的距离、SAR运行速度、脉冲重复频率（PRF）以及斜视角等参数很难被精确侦查到，如果侦查到的SAR信号参数误差很大，将会导致欺骗干扰的虚假场景散焦，影响干扰效果。
Guang Yang,Shao-bin Li等在文献“SAR COUNTER DECEPTION JAMMINGBASED ON RADIOMETRIC CALIBRATION”（Radar Conference,2009IETInternational,20-22April2009:1-4）中使用了一种斜视SAR的欺骗干扰方法，得到很好的干扰效果，但是这种方法的不足之处在于其是在SAR参数精确侦查的基础上进行的，并且文献中并没有考虑对斜视角的精确侦查。
Feng Zhou,Bo Zhao等在文献“A Large Scene Deceptive JammingMethod for Space-Borne SAR”（IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE ANDREMOTE SENSING,VOL.51,NO.8,AUGUST2013：4486-4494）中提出了一种大场景空间SAR欺骗干扰的方法，该方法通过将大的欺骗场景模板分割成多个子模板分别与截获信号进行卷积实现欺骗干扰，再将所有卷积后的子模板合并，从而实现大场景的欺骗干扰。但是，该方法也是在对SAR参数进行精确侦查的基础上实施的，当参数误差较大时，没有充分考虑参数侦查误差对干扰效果的影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于分布式接收机的斜视模式下合成孔径雷达的欺骗干扰方法，能够在对方合成孔径雷达成像系统中得到较好的聚焦效果，从而实现对合成孔径雷达的有效欺骗干扰。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
基于分布式接收机的斜视SAR欺骗干扰方法，包括以下步骤：
步骤1、利用干扰机和接收机分别截获雷达信号，获取SAR信号参数；
通过干扰机O及p个接收机Al截获雷达时域信号，分别得到以距离为行向量、以方位为列向量的雷达信号数据sO(tr,ta)和sAl(tr,ta)，对雷达信号数据进行分析，获取SAR信号参数；其中，sO(tr,ta)为干扰机截获的雷达信号数据，sAl(tr,ta)表示第l个接收机截获的雷达信号数据，l=1,2,…,p，p≥2，tr为距离向快时间，ta为方位向慢时间；
步骤2、通过截获的信号计算接收机到干扰机的延时差；
根据截获的雷达信号数据，计算各接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差；
ΔTl(ta)=max{xcorr[sO(tr,ta)，sAl(tr,ta)]}；
其中，xcorr[·]表示相关运算，ΔTl(ta)表示第l个接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差，l=1,2,…,p；
步骤3、根据延时差及接收机的位置坐标计算延时系数b；
b=A-1ΔT(ta)，
其中，A为接收机的位置矩阵，A-1表示对位置矩阵A求逆运算，ΔT(ta)表示所有的接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差集合；
步骤4、设计虚假场景，根据虚假场景点位置及延时系数计算虚假场景中各点与干扰机的延时差ΔT′N×1；
设定虚假场景中N个点的位置分布为 A N × 2 ′ = x J 1 y J 1 x J 2 y J 2 · · · · · · x JN y JN , 根据步骤3得到的延时系数b，计算虚假场景中对应各点与干扰机的延时差 Δ T N × 1 ′ = A N × 2 ′ b = Δ T J 1 ( t a ) Δ T J 2 ( t a ) · · · Δ T Jk ( t a ) · · · Δ T JN ( t a ) , 其中，ΔTJk(ta)表示虚假场景中第k个点到干扰机的延时差，k=1,2,…,N；
步骤5、对截获的雷达信号进行干扰调制，生成欺骗干扰信号；
根据步骤4得到虚假场景中点的延时差计算虚假场景中第k个点相对应的延时调制系数δ(tr-ΔTJk(ta))和相位调制系数exp{-j2πfcΔTJk(ta)}，利用整个虚假场景对干扰机截获的信号进行干扰调制，得到虚假场景的欺骗干扰信号sΣ(tr,ta)：
s Σ ( t r , t a ) = s o ( t r , t a ) * [ Σ k = 1 N δ ( t r - Δ T Jk ( t a ) ) exp { - j 2 π f c Δ T Jk ( t a ) } ] ;
其中，sO(tr,ta)为步骤1中干扰机截获的雷达信号数据，j为虚数单位，fc为雷达载频，*表示卷积运算操作，k=1,2,…,N；
步骤6、转发欺骗干扰信号；将虚假场景欺骗干扰信号转发，对方雷达得到真实场景雷达信号与虚假场景欺骗干扰信号叠加的信号。
进一步的，所述步骤1得到SAR信号参数包括雷达载频fc。
本发明的基于多个分布设置的接收机的斜视SAR欺骗干扰方法将各个参数看成一个整体用延时系数来表示，通过设立多个接收机，作为整体求解延时系数，避免参数误差的引入，精确实现欺骗干扰，获得逼真的干扰效果，弥补了现有侦察手段对参数侦查精度低导致的虚假场景散焦及干扰效果降低的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明仿真实验的模型图；
图3为真实场景的成像结果图；
图4为虚假场景干扰模板图；
图5为存在欺骗干扰的成像结果图。
具体实施方式
本发明方法通过干扰机和多个接收机分别截获雷达信号，根据截获的信号计算各接收机到干扰机的延时差，求解延时系数，然后设定虚假场景，通过延时系数计算虚假场景点对应的延时差；利用延时差对截获的雷达信号进行干扰调制，生成欺骗干扰信号并转发欺骗干扰信号，实现对对方合成孔径雷达的欺骗干扰。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，图1为本发明方法的流程图，本发明方法的步骤如下：
步骤1、利用干扰机和接收机分别截获雷达信号，分析SAR信号参数；
通过干扰机O以及p个接收机Al截获雷达时域信号，本实施例以p=2，即两个接收机为例进行说明，通过干扰机O、第一接收机A1及第二接收机A2截获雷达时域信号，分别得到以距离为行向量、以方位为列向量的雷达信号数据：干扰机雷达信号数据sO(tr,ta)、第一接收机雷达信号数据sA1(tr,ta)和第二接收机雷达信号数据sA2(tr,ta)，对雷达信号数据进行分析，得到包括如雷达载频fc、信号带宽、脉冲时宽、脉冲重复频率等SAR信号参数，其中，tr为距离向快时间，ta为方位向慢时间；
步骤2、通过截获的信号计算接收机到干扰机的延时差；
根据步骤1得到的三个截获信号，分别计算第一接收机A1截获信号相对于干扰机O截获信号的延时差ΔT1(ta)以及第二接收机A2截获信号相对于干扰机O截获信号的延时差ΔT2(ta)，下式中xcorr[·]表示相关运算；
ΔT1(ta)=max{xcorr[sO(tr,ta)，sA1(tr,ta)]}，
ΔT2(ta)=max{xcorr[sO(tr,ta)，sA2(tr,ta)]}；
步骤3、根据延时差及接收机的位置坐标计算延时系数b；
第一接收机A1的位置坐标为(x1,y1,z1)，第二接收机A2的位置坐标为(x2,y2,z2)，本实施例中，令z1、z2为0，即第一接收机A1的位置坐标为(x1,y1,0)，第二接收机A2的位置坐标为(x2,y2,0)，
b=A-1ΔT(ta)，
其中，A为接收机的位置矩阵，本实施例 A = x 1 y 1 x 2 y 2 , A-1表示对位置矩阵A求逆运算， ΔT ( t a ) = Δ T 1 ( t a ) Δ T 2 ( t a ) 表示所有接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差集合；
步骤4、设计虚假场景，根据虚假场景点位置及延时系数计算虚假场景点对应的延时差ΔT′N×1；
设计虚假场景点的位置分布，虚假场景与接收机在同一平面，设定虚假场景中N个点的位置分布为 A N × 2 ′ = x J 1 y J 1 x J 2 y J 2 · · · · · · x JN y JN , 根据步骤3得到的延时系数b，计算虚假场景中各点与干扰机的延时差 Δ T N × 1 ′ = A N × 2 ′ b = Δ T J 1 ( t a ) Δ T J 2 ( t a ) · · · Δ T Jk ( t a ) · · · Δ T JN ( t a ) , 其中，ΔTJk(ta)表示虚假场景中第k个点到干扰机的延时差，k=1,2,…,N；
步骤5、对截获的雷达信号进行干扰调制，生成欺骗干扰信号；
根据步骤4得到虚假场景点的延时差计算虚假场景中第k个点相对应的延时调制系数δ(tr-ΔTJk(ta))和相位调制系数exp{-j2πfcΔTJk(ta)}，利用整个虚假场景对干扰机截获的信号进行干扰调制，得到虚假场景的欺骗干扰信号sΣ(tr,ta)：
s Σ ( t r , t a ) = s o ( t r , t a ) * [ Σ k = 1 N δ ( t r - Δ T Jk ( t a ) ) exp { - j 2 π f c Δ T Jk ( t a ) } ] ;
其中，sO(tr,ta)为干扰机截获雷达信号数据，j为虚数单位，tr为快时间，fc为雷达载频，*表示卷积运算操作，k=1,2,…,N；
步骤6、转发欺骗干扰信号；将虚假场景欺骗干扰信号转发，对方雷达得到真实场景雷达信号与虚假场景欺骗干扰信号叠加的欺骗干扰信号。
本发明采用了参数整体化的方法，将SAR参数进行整体化计算，克服了现有电子侦察技术对SAR参数侦查精度不高、参数侦查误差引起虚假场景散焦造成降低欺骗干扰效果的不足，在雷达斜视工作模式下，避开对SAR斜视角的侦查估计这个难题而对参数整体计算，降低参数误差，使得本发明具有实现简单，效率高，逼真度高的优点，尤其适用于斜视SAR的欺骗干扰的实现。
本发明的效果可以通过以下的仿真实验进一步说明，仿真时采用MATLAB软件进行仿真。
仿真条件如下：
仿真数据的参数如下：如图2所示，以干扰机O的位置为坐标原点，A1和A2分别为两个接收机，干扰机与接收机在同一平面内，S为雷达，设SAR航迹为理想的均匀直线，x轴平行于SAR航迹并取SAR的运动方向为正方向，z轴垂直于地面并取向上为正方向，y轴由右手定则确定。SAR航迹与x轴的垂直距离Rs为10km，α为俯仰角。雷达工作在斜视模式下，斜视角θ为30°，雷达载频为9GHz，信号带宽为300MHz，脉冲时宽为1μs，脉冲重复频率1500Hz，方位向天线长度为1m，分辨率为1mx1m，通过CS（Chirp Scaling）算法进行成像。
仿真内容
图3为无欺骗干扰的真实场景成像结果图，可以看到真实场景中心为一处形状标准对称的建筑群，场景正中心为一片空地。图4为设定的虚假场景干扰模板，利用图4中设置的虚假场景对图3中的真实场景进行欺骗干扰。考虑到物体的强散射特性，将图4中设置的虚假建筑物调制在真实场景中心空地处，从而将虚假信息融入真实场景中，迷惑对方雷达，保护真实场景中的目标。。
采用本发明方法对真实场景进行欺骗干扰，结果如图5所示。图5为存在欺骗干扰的成像结果图。由图5可以看到虚假建筑物添加进原来的建筑群中，保护了真实目标，获得良好的欺骗干扰效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.基于分布式接收机的斜视SAR欺骗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用干扰机和接收机分别截获雷达信号，获取SAR信号参数；
通过干扰机O以及p个接收机Al截获雷达时域信号，分别得到以距离为行向量、以方位为列向量的雷达信号数据sO(tr,ta)和sAl(tr,ta)，对雷达信号数据进行分析，获取SAR信号参数，其中，sO(tr,ta)为干扰机截获的雷达信号数据，sAl(tr,ta)表示第l个接收机截获的雷达信号数据，l=1,2,…,p，p≥2，tr为距离向快时间，ta为方位向慢时间；
步骤2、通过截获的信号计算接收机到干扰机的延时差；
根据截获的雷达信号数据，分别计算各接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差；
ΔTl(ta)=max{xcorr[sO(tr,ta)，sAl(tr,ta)]}；
其中，xcorr[·]表示相关运算，ΔTl(ta)表示第l个接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差，l=1,2,…,p；
步骤3、根据延时差及接收机的位置坐标计算延时系数b；
b=A-1ΔT(ta)，
其中，A为接收机的位置矩阵，A-1表示对位置矩阵A求逆运算，ΔT(ta)表示所有接收机截获信号相对于干扰机截获信号的延时差集合；
步骤4、设计虚假场景，根据虚假场景点位置及延时系数计算虚假场景中各点对应的延时差ΔT′N×1；
设定虚假场景中N个点的位置分布为 A N × 2 ′ = x J 1 y J 1 x J 2 y J 2 · · · · · · x JN y JN , 根据步骤3得到的延时系数b，计算虚假场景中对应点与干扰机的延时差 Δ T N × 1 ′ = A N × 2 ′ b = Δ T J 1 ( t a ) Δ T J 2 ( t a ) · · · Δ T Jk ( t a ) · · · Δ T JN ( t a ) , 其中，ΔTJk(ta)表示虚假场景中第k个点到干扰机的延时差，k=1,2,…,N；
步骤5、对截获的雷达信号进行干扰调制，生成欺骗干扰信号；
根据步骤4得到虚假场景点的延时差计算虚假场景中第k个点相对应的延时调制系数δ(tr-ΔTJk(ta))和相位调制系数exp{-j2πfcΔTJk(ta)}，利用整个虚假场景对干扰机截获的信号进行干扰调制，得到虚假场景的欺骗干扰信号sΣ(tr,ta)：
s Σ ( t r , t a ) = s o ( t r , t a ) * [ Σ k = 1 N δ ( t r - Δ T Jk ( t a ) ) exp { - j 2 π f c Δ T Jk ( t a ) } ] ;
其中，sO(tr,ta)为步骤1中干扰机截获的雷达信号数据，j为虚数单位，tr为快时间，fc为雷达载频，*表示卷积运算操作，k=1,2,…,N；
步骤6、转发欺骗干扰信号；将虚假场景欺骗干扰信号转发，对方雷达得到真实场景雷达信号与虚假场景欺骗干扰信号叠加的欺骗干扰信号。
2.根据权利要求1所述的基于分布式接收机的斜视SAR欺骗干扰方法，其特征在于：所述步骤1得到SAR信号参数为雷达载频fc。
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