CN103760532A

CN103760532A - 干扰机与接收机联合组网的sar欺骗干扰方法

Info

Publication number: CN103760532A
Application number: CN201410015031.4A
Authority: CN
Inventors: 周峰; 赵博; 崔乐园; 王海兵
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-13
Also published as: CN103760532B

Abstract

干扰机和接收机联合组网的SAR欺骗干扰方法，步骤如下：设置若干台接收机与干扰机组网，通过干扰机和接收机截获雷达信号，分析SAR信号参数；利用截获的雷达时域信号计算各接收机到干扰机的瞬时斜距差；计算各接收机对应的瞬时位置距离参数；构造系数矩阵，计算系数矩阵的逆；根据系数矩阵及瞬时位置距离参数计算调制参数；计算干扰场景中的点相对于干扰机的瞬时斜距差；对干扰机截获的信号进行干扰调制生成干扰信号；转发欺骗干扰信号，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。本发明方法避免了近似误差对SAR欺骗干扰效果的影响，可获得逼真的干扰图像，实现良好的干扰效果，具有简单，高效，精确的优点。

Description

干扰机与接收机联合组网的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条带SAR、聚束SAR以及扫描SAR的欺骗干扰实现方法。

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，在实际应用中经济效用性不高。

欺骗式干扰利用电子侦察手段得到对方SAR信号的中心频率、调频率、带宽等关键参数，通过干扰调制模拟雷达回波或者回波转发等方式对SAR系统进行干扰。欺骗干扰原理相对复杂，但灵活性很高，对干扰机功率的要求也大大降低，同时适用于多种工作模式的SAR。SAR欺骗式干扰可以使对方SAR系统接收到真实回波信号与虚假回波信号相互叠加的干扰信号，在成像结果中真实目标与设定的虚假目标混叠，达到“以假乱真”的成像效果，实现对真实目标的保护。欺骗式干扰的干扰效果很大程度上取决于电子侦察系统和参数估计的精度，如果在处理过程中，侦察分析得到的参数误差很大，将会导致干扰场景的失真、散焦等问题，从而严重影响最终的干扰效果，真实目标将容易被识别。实际应用中，虚假场景的假目标到SAR的距离、SAR载机的运行速度以及不同模式下的波束角度等参数很难精确地被侦查到，在处理过程中难免会引入参数误差，会在一定程度上影响干扰效果。

刘昉，王建国在文献“双基SAR欺骗式干扰性能研究”（电子与信息学报，第32卷第1期，2010年1月：75-79）中分析了接收机不能精确定位情况下的欺骗式干扰性能，在双基SAR欺骗式干扰模型的基础上，研究了对双基SAR欺骗式干扰的散焦问题通过理论分析，给出了可容忍散焦条件，由此可确定雷达接收机的允许设定范围并生成欺骗式干扰信号，通过仿真实验证实了理论分析的正确性。但是该方法是在精确知道SAR参数的基础上进行的理论分析，没有考虑参数误差对干扰过程的影响，同时在公式推导过程中使用了泰勒展开式近似，没有精确的理论分析。

许宝民，郑光勇等在文献“合成孔径雷达有源欺骗干扰仿真分析”（飞行器测控学报，第29卷，第3期，2010年6月：84-87）中建立了合成孔径雷达假目标反射系数矩阵模型，提出了在方位向进行相位补偿、在距离向进行延时处理的干扰信号生成方法，方法简单、运算量小，仿真分析证实了该干扰信号生成方法的可行性。但是该方法的干扰形成是以已知干扰机和假目标点的位置关系以及合成孔径雷达的运行速度、重频等参数的前提下进行仿真分析，没有考虑到SAR参数误差和干扰机、假目标的位置误差对干扰效果的影响，同时在理论推导中存在近似处理，没有进行精确分析。

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高效、精确的干扰机与接收机联合组网的合成孔径雷达欺骗干扰方法，可适用于条带、聚束、扫描等多种SAR工作模式。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

干扰机和接收机联合组网的SAR欺骗干扰方法，包括以下步骤：

步骤1、设置若干台接收机，将接收机与干扰机组网，通过干扰机和接收机分别截获雷达信号，分析SAR信号参数；

通过干扰机以及p台接收机A_l截获雷达时域信号，l=1,…,p，p≥3，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：包括干扰机雷达信号数据s_O(t_r,t_a)和接收机雷达信号数据s_Al(t_r,t_a)，对雷达信号数据进行分析，得到SAR信号参数，其中，t_r为距离向快时间，t_a为方位向慢时间；

步骤2、利用截获的雷达时域信号，分别计算各接收机到干扰机的瞬时斜距差w_l(t_a)；

w_{l} (t_{a}) = \frac{c}{2 \cdot F_{s}} \cdot (\frac{N_{r}}{2} - \max_{ID} {IFFT [FFT (s_{o} (t_{r}, t_{a})) \cdot conj (FFT (s_{Al} (t_{r}, t_{a})))]});

其中，c表示光速，N_r为距离采样点数，F_s为距离向采样频率，s_O(t_r,t_a)为干扰机的雷达信号数据，s_Al(t_r,t_a)为第l台接收机的雷达信号数据，max_ID(·)表示返回最大值位置的运算，IFFT[·]表示逆傅里叶变换，FFT(·)表示傅里叶变换，conj(·)表示共轭；

步骤3、计算各接收机对应的瞬时位置距离参数e_l(t_a)；

根据接收机的位置和对应接收机的瞬时斜距差，分别计算各接收机的瞬时位置距离参数e_l(t_a)：

e_l(t_a)=-x_l ²-y_l ²+(w_l(t_a))²，

式中的x_l，y_l为第l台接收机A_l的位置坐标，w_l(t_a)为第l台接收机到干扰机的瞬时斜距差；

步骤4、构造系数矩阵P(t_a)，并计算系数矩阵的逆P^-1(t_a)；

P (t_{a}) = [\begin{matrix} x_{1} & y_{1} & w_{1} (t_{a}) \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ x_{1} & y_{l} & w_{l} (t_{a}) \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ x_{p} & y_{p} & w_{p} (t_{a}) \end{matrix}];

步骤5、根据系数矩阵以及瞬时位置距离参数计算调制参数Q；

Q = [\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix}] = P^{- 1} (t_{a}) e (t_{a}), e (t_{a}) = [\begin{matrix} e_{1} (t_{a}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ e_{l} (t_{a}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ e_{p} (t_{a}) \end{matrix}];

其中，e_l(t_a)为第l台接收机的瞬时位置距离参数；

步骤6、计算干扰场景中的点相对于干扰机的瞬时斜距差ΔR_Jk(t_a)；

设计干扰场景中点的分布位置，干扰场景中任意一点相对于干扰机的瞬时斜距差

Δ R_{Jk} (t_{a}) = \sqrt{{(x_{Jk} + \frac{a}{2})}^{2} + {(y_{Jk} + \frac{b}{2})}^{2} + (- \frac{a^{2}}{4} - \frac{b^{2}}{4} + \frac{c^{2}}{4})} + \frac{c}{2},

其中，x_Jk、y_Jk为干扰场景中第k个点的位置坐标，k=1,2,...,N，N表示干扰场景中设置的点个数，a、b、c为调制参数Q中的元素；

步骤7、对干扰机截获的信号进行干扰调制，生成干扰信号；

根据干扰场景中各点相对于干扰机的瞬时斜距差，计算延时调制系数

和相位调制系数对干扰机截获的信号进行干扰调制，得到虚假目标干扰信号s_J(t_r,t_a)：

s_{J} (t_{r}, t_{a}) = IFFT {FFT [s_{o} (t_{r}, t_{a})] \cdot [Σ_{k = 1}^{N} \exp (- j 2 π f_{r} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c}) \cdot \exp (- j 2 π f_{c} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c})]};

其中，s_O(t_r,t_a)为干扰机雷达信号数据，j表示虚数单位，f_r为距离向频率采样序列，c表示光速，f_c为雷达载频，ΔR_Jk(t_a)为干扰场景中第k个点相对于干扰机的瞬时斜距差；

步骤8、转发虚假目标干扰信号；将虚假场景的欺骗干扰信号转发，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。

进一步的，所述步骤1得到SAR信号参数包括雷达载频f_c、距离向频率采样序列f_r、距离向采样频率F_s，距离采样点数N_r。

进一步的，所述SAR工作模式为条带模式或聚束模式或扫描模式。

本发明通过设置多台接收机，将接收机与干扰机联合组网，分别截获雷达信号，通过截获的信号分别计算各台接收机到干扰机的瞬时斜距差，根据接收机的位置以及瞬时斜距差计算瞬时位置距离参数，构造系数矩阵计算调制参数，利用调制参数计算干扰场景中各个散射点到干扰机的瞬时斜距差，对干扰机截获的信号进行干扰调制生成干扰信号，转发干扰信号实现SAR的欺骗干扰，本发明从原理上避免了近似误差对SAR欺骗干扰效果的影响，能够在对方SAR成像系统中得到较好的聚焦效果，能够获得逼真的干扰图像，实现良好的干扰效果。

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

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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、设置多台接收机，接收机与干扰机联合组网，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台接收机A_l截获雷达时域信号，l=1,…,p p≥3，本实施例以p=3，即三台接收机为例进行说明；通过干扰机O、第一接收机A₁、第二接收机A₂及第三接收机A₃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s_O(t_r,t_a)、第一接收机雷达信号数据s_A1(t_r,t_a)、第二接收机雷达信号数据s_A2(t_r,t_a)和第三接收机雷达信号数据s_A3(t_r,t_a)，对雷达信号数据进行分析，得到包括雷达载频f_c、距离向频率采样序列f_r、距离向采样频率F_s，距离采样点数N_r等SAR信号参数，其中，t_r为距离向快时间，t_a为方位向慢时间；

步骤2、利用截获的雷达时域信号，分别计算各台接收机到干扰机的瞬时斜距差w_l(t_a)；

w_{1} (t_{a}) = \frac{c}{2 \cdot F_{s}} \cdot (\frac{N_{r}}{2} - \max_{ID} {IFFT [FFT (s_{o} (t_{r}, t_{a})) \cdot conj (FFT (s_{Al} (t_{r}, t_{a})))]});

w_{2} (t_{a}) = \frac{c}{2 \cdot F_{s}} \cdot (\frac{N_{r}}{2} - \max_{ID} {IFFT [FFT (s_{o} (t_{r}, t_{a})) \cdot conj (FFT (s_{Al} (t_{r}, t_{a})))]});

w_{3} (t_{a}) = \frac{c}{2 \cdot F_{s}} \cdot (\frac{N_{r}}{2} - \max_{ID} {IFFT [FFT (s_{o} (t_{r}, t_{a})) \cdot conj (FFT (s_{Al} (t_{r}, t_{a})))]});

其中，c表示光速，N_r为距离采样点数，F_s为距离向采样频率，max_ID(·)表示返回最大值位置的运算，IFFT[·]表示逆傅里叶变换，FFT(·)表示傅里叶变换，conj(·)表示共轭；

步骤3、计算各台接收机对应的瞬时位置距离参数e_l(t_a)；

根据三台接收机的位置，利用步骤2得到的各台接收机的瞬时斜距差w_l(t_a)，计算各台接收机对应的瞬时位置距离参数e_l(t_a)：

e_{1} (t_{a}) = - {x_{1}}^{2} - {y_{1}}^{2} + {(w_{1} (t_{a}))}^{2},

e_{2} (t_{a}) = - {x_{1}}^{2} - {y_{1}}^{2} + {(w_{1} (t_{a}))}^{2},

e_{3} (t_{a}) = - {x_{1}}^{2} - {y_{1}}^{2} + {(w_{1} (t_{a}))}^{2},

式中的x₁，y₁为第一接收机A₁的位置坐标，x₂，y₂为第二接收机A₂的位置坐标,x₃，y₃为第三接收机A₃的位置坐标，w₁(t_a)为第一台接收机A₁到干扰机的瞬时斜距差，w₂(t_a)为第二台接收机A₂到干扰机的瞬时斜距差，w₃(t_a)为第三台接收机A₃到干扰机的瞬时斜距差；

步骤4、构造系数矩阵P(t_a)；

利用步骤2得到的各台接收机的瞬时斜距差w_l(t_a)构造用于求解调制参数的系数矩阵

P (t_{a}) = [\begin{matrix} x_{1} & y_{1} & w_{1} (t_{a}) \\ x_{2} & y_{2} & w_{2} (t_{a}) \\ x_{3} & y_{3} & w_{3} (t_{a}) \end{matrix}],

并计算系数矩阵的逆P^-1(t_a)；

根据步骤3得到的各台接收机对应的瞬时位置距离参数以及步骤4得到的系数矩阵的逆，计算调制参数

Q = [\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix}] = P^{- 1} (t_{a}) e (t_{a}), e (t_{a}) = [\begin{matrix} e_{1} (t_{a}) \\ e_{2} (t_{a}) \\ e_{3} (t_{a}) \end{matrix}],

e₁(t_a)为第一台接收机A₁的瞬时位置距离参数，e₂(t_a)为第二台接收机A₂的瞬时位置距离参数，e₃(t_a)为第三台接收机A₃的瞬时位置距离参数；

Δ R_{Jk} (t_{a}) = \sqrt{{(x_{Jk} + \frac{a}{2})}^{2} + {(y_{Jk} + \frac{b}{2})}^{2} + (- \frac{a^{2}}{4} - \frac{b^{2}}{4} + \frac{c^{2}}{4})} + \frac{c}{2},

步骤7、对干扰机截获的信号进行干扰调制，生成干扰信号；

根据干扰场景中点相对于干扰机的瞬时斜距差ΔR_Jk(t_a)，计算延时调制系数和相位调制系数

对干扰机截获的信号进行干扰调制，得到虚假目标干扰信号s_J(t_r,t_a)：

s_{J} (t_{r}, t_{a}) = IFFT {FFT [s_{o} (t_{r}, t_{a})] \cdot [Σ_{k = 1}^{N} \exp (- j 2 π f_{r} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c}) \cdot \exp (- j 2 π f_{c} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c})]};

其中，s_O(t_r,t_a)为干扰机雷达信号数据，j表示虚数单位，f_r为距离向频率采样序列，c表示光速，f_c为雷达载频，ΔR_Jk(t_a)为干扰场景中第k个点相对于干扰机的瞬时斜距差，exp(·)表示指数运算；

本发明方法适用于条带、聚束、扫描等多种SAR工作模式，根据不同SAR工作模式下通用的精确瞬时斜距表达式整体计算调制参数，避免了直接代入参数引入误差的过程，实现整个计算过程中的精确计算，弥补了现有SAR欺骗干扰方法由于依赖多个侦查参数而无法满足不同工作模式下的SAR干扰需求及现有欺骗干扰方法由于存在近似而无法满足大范围区域的欺骗干扰等不足。由于斜距公式计算不存在误差，因此计算精度仅与SAR系统的量化精度及计算精度有关，从而避免了近似误差对SAR欺骗干扰效果的影响，能够获得逼真的干扰图像，实现良好的干扰效果，使得本发明方法具有简单，高效，精确的优点。

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：

雷达工作在条带模式下，如图2所示，以干扰机O的位置为坐标原点，A₁、A₂和A₃分别为分布在场景内的3台接收机，干扰机与接收机在同一平面内，S为雷达，设定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。α为俯仰角，斜视角θ为40°，载频为5GHz，信号带宽为30MHz，脉冲时宽为40μs，脉冲重复频率1200Hz，天线相位中心到场景中心的垂直斜距R_s为900km，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，真实场景为某地区机场，可以看到真实场景中有几条比较清晰的飞机跑道。

图4为虚假的干扰场景模板，设计的虚假场景的大小和形状基本和真实场景的机场大小一致，可用来掩盖真实场景，同时在虚假场景的图像上沿设置了三个强散射体。

采用本发明方法对真实场景进行欺骗干扰，将虚假场景叠加至真实场景中，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可以看到真实场景已经被虚假场景覆盖，原来的机场信息被虚假场景很好的掩盖，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

1.干扰机和接收机联合组网的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

w_{l} (t_{a}) = \frac{c}{2 \cdot F_{s}} \cdot (\frac{N_{r}}{2} - \max_{ID} {IFFT [FFT (s_{o} (t_{r}, t_{a})) \cdot conj (FFT (s_{Al} (t_{r}, t_{a})))]});

步骤3、计算各台接收机对应的瞬时位置距离参数e_l(t_a)；

e_l(t_a)=-x_l ²-y_l ²+(w_l(t_a))²，

步骤4、构造系数矩阵P(t_a)，并计算系数矩阵的逆P^-1(t_a)；

P (t_{a}) = [\begin{matrix} x_{1} & y_{1} & w_{1} (t_{a}) \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ x_{1} & y_{l} & w_{l} (t_{a}) \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot \\ x_{p} & y_{p} & w_{p} (t_{a}) \end{matrix}];

步骤5、根据系数矩阵以及接收机的瞬时位置距离参数计算调制参数Q；

Q = [\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix}] = P^{- 1} (t_{a}) e (t_{a}), e (t_{a}) = [\begin{matrix} e_{1} (t_{a}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ e_{l} (t_{a}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ e_{p} (t_{a}) \end{matrix}];

其中，e_l(t_a)为第l台接收机的瞬时位置距离参数；

Δ R_{Jk} (t_{a}) = \sqrt{{(x_{Jk} + \frac{a}{2})}^{2} + {(y_{Jk} + \frac{b}{2})}^{2} + (- \frac{a^{2}}{4} - \frac{b^{2}}{4} + \frac{c^{2}}{4})} + \frac{c}{2},

其中，x_Jk、y_Jk为干扰场景中第k个点的位置坐标，k=1,2,…,N，N表示干扰场景中设置的点个数，a、b、c为调制参数Q中的元素；

步骤7、对干扰机截获的信号进行干扰调制，生成干扰信号；

和相位调制系数

s_{J} (t_{r}, t_{a}) = IFFT {FFT [s_{o} (t_{r}, t_{a})] \cdot [Σ_{k = 1}^{N} \exp (- j 2 π f_{r} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c}) \cdot \exp (- j 2 π f_{c} \frac{2 \cdot Δ R_{Jk} (t_{a})}{c})]};

2.根据权利要求1所述的干扰机和式接收机联合组网的SAR欺骗干扰方法，其特征在于：所述步骤1得到SAR信号参数包括雷达载频f_c、距离向频率采样序列f_r、距离向采样频率F_s，距离采样点数N_r。

3.根据权利要求1或2所述的干扰机和式接收机联合组网的SAR欺骗干扰方法，其特征在于：所述SAR工作模式为条带模式或聚束模式或扫描模式。