CN112859015B - 一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置及方法。该装置包括：第一收发天线、第二收发天线、第一功能模块组、第二功能模块组、雷达信号参数提取单元和控制单元；第一收发天线发射的信号的极化方式和第二收发天线发射的信号的极化方式互为正交；第一功能模块组和第二功能模块组均包括依次顺序连接形成完整通道的收发开关、低噪声放大器、功分器、下变频器、多参数调制单元、上变频器和场放器件；第一功能模块组中的收发开关连接第一收发天线，第二功能模块组中的收发开关连接第二收发天线；两个功能模块组中的功分器共同连接雷达信号参数提取单元，雷达信号参数提取单元连接控制单元，所述控制单元分别连接两块功能模块组中的多参数调制单元。

Description

一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置及方法

技术领域

本发明涉及雷达对抗技术领域，尤其涉及一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置及方法。

背景技术

随着现代电子对抗斗争的日益激烈，具有较高性价比的有源假目标等欺骗性电子干扰手段成为了人们普遍关注的焦点。由于有源假目标可以自主产生在能量、波形和相位调制上都与真实目标回波高度逼近的干扰信号，使得雷达系统在空域、时域、频域(或多普勒域)上都难以鉴别。但是，极化信息的利用有效的提高了雷达的目标检测识别和抗干扰等能力，随着极化测量技术和雷达极化信息处理理论的发展，全极化测量体制雷达已经成为未来雷达技术发展的主流方向。

基于全极化雷达，国内外学者纷纷研究单极化有源假目标的极化特性，发现其极化特性与极化雷达的真实目标有着明显区别，并在此基础上提出了许多单极化有源假目标的鉴别方案和对消方法。这使得在雷达对抗应用背景中一般单极化有源假目标干扰技术面临严重挑战，因此研究针对极化雷达的有源假目标干扰新方法具有重要的军事意义。

发明内容

针对传统的单极化有源假目标干扰技术已经不能有效干扰全极化雷达的情形，本发明提供一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置及方法。

一方面，本发明提供一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置，该装置包括：第一收发天线、第二收发天线、第一功能模块组、第二功能模块组、雷达信号参数提取单元和控制单元；所述第一收发天线发射的信号的极化方式和所述第二收发天线发射的信号的极化方式互为正交；

第一功能模块组和第二功能模块组均包括依次顺序连接形成完整通道的收发开关、低噪声放大器、功分器、下变频器、多参数调制单元、上变频器和场放器件；

第一功能模块组中的收发开关连接第一收发天线，第二功能模块组中的收发开关连接第二收发天线；两个功能模块组中的功分器共同连接雷达信号参数提取单元，所述雷达信号参数提取单元连接控制单元，所述控制单元分别连接两块功能模块组中的多参数调制单元。

进一步地，所述雷达信号参数提取单元，用于测量全极化雷达的信号频率和极化方式。

进一步地，所述多参数调制单元包括依次顺序连接的DRFM、相位调制模块、幅度调制模块和多普勒调制模块。

进一步地，两个功能模块组内，所述下变频器均连接多参数调制单元中的DRFM；所述控制单元分别连接两个多参数调制单元中的DRFM。

另一方面，本发明还提供一种基于上述的结构新颖的全极化雷达诱饵装置的雷达信号干扰方法，包括：

调整收发开关，使装置处于接收信号模式，然后通过第一收发天线和第二收发天线侦收雷达信号；

第一收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第一功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第一路输出信号和第二路输出信号；第二收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第二功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第三路输出信号和第四路输出信号；

第一路输出信号经第一功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元，第三路输出信号经第二功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元；第二路输出信号和第四路输出信号分时传输至雷达信号参数提取单元进行雷达信号参数提取，并将提取到的雷达信号参数分时传输至控制单元；

控制单元接收用户输入的控制命令，根据提取到的雷达信号参数分别按照控制命令对第一功能模块组中的多参数调制单元和第二功能模块组中的多参数调制单元进行控制，使其对第一路输出信号和第三路输出信号进行参数调制后传输至各自对应的上变频器；

调整收发开关，使装置处于发射信号模式，然后经过上变频器处理后的第一路输出信号和第三路输出信号再各自经过对应的场放器件处理，最后分别通过第一收发天线和第二收发天线发射出去，对目标雷达信号进行干扰。

进一步地，所述控制命令包括分别设定第一收发天线和第二收发天线所发射信号的调制因子；

对应地，所述方法还包括：若所述第一路输出信号和所述第三路输出信号中的其中一路信号为第一信号，另一路信号为第二信号，则信号的调制因子应满足：

α₁-β₁＝α₂-β₂

其中，α₁和β₁分别为针对第一信号的第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子，α₂、β₂为分别为针对第二信号的第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子；所述第一信号和所述第二信号的极化方式互为正交。

进一步地，该方法还包括：信号的调制因子应满足：

其中，θ为雷达信号和诱饵装置之间的极化基偏角。

进一步地，该方法还包括：还包括：

被干扰的雷达测得的伪目标的散射矩阵为：

其中，x和y为雷达信号的两种不同极化方式，j为干扰信号的标识。

本发明的有益效果：

本发明的全极化雷达诱饵装置及方法兼具有侦察和干扰两种功能。侦察功能是指通过收发天线侦收雷达信号，利用雷达信号参数获取必要的干扰参数，然后对诱饵装置进行引导；干扰功能是在人为输入的控制命令下产生或基于获取的必要干扰参数自主产生全极化雷达诱饵信号，然后发射出去对雷达实施干扰。

本发明基于全极化干扰模式所设计，并采用了转发式干扰的实施策略。由电磁场与电磁波理论可知，任意极化均可由一对正交极化以不同的幅度比和相位差相合成，所以本发明全极化干扰机在发射干扰信号时，将同一信号源分成两路信号经过不同的幅度和相位调制分别送到一对极化正交的发射天线，幅度和相位的调制因子根据干扰机所要模拟的雷达目标极化散射特性生成，并由控制单元输入至两个多参数调制单元。这样，由于两路干扰信号之间的时序、相位是按照一定要求产生的，它们能够形成时域、频域、极化域和多普勒域均较为逼真的假目标信号，从而能够有效欺骗所干扰的全极化雷达。

附图说明

图1为本发明实施例提供的结构新颖的全极化雷达诱饵装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的本发明诱饵装置与全极化雷达的矢量关系示意图；

图3为本发明实施例提供的仿真实验采用的某全极化雷达采集到的三个真实目标；

图4为本发明实施例提供的采用本发明所产生的与三个真实目标相对应的三个假目标；

图5为本发明实施例提供的本发明诱饵装置生成的三个假目标及对应真实目标的极化特征图：(a)为真实目标T₁；(b)为假目标F₁；(c)为真实目标T₂；(d)为假目标F₂；(e)为真实目标T₃；(f)为假目标F₃。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置(简称诱饵装置)，包括：第一收发天线、第二收发天线、第一功能模块组、第二功能模块组、雷达信号参数提取单元和控制单元；所述第一收发天线发射的信号的极化方式和所述第二收发天线发射的信号的极化方式互为正交；

第一功能模块组和第二功能模块组均包括依次顺序连接形成完整通道的收发开关、低噪声放大器、功分器、下变频器、多参数调制单元、上变频器和场放器件；

第一功能模块组中的收发开关连接第一收发天线，第二功能模块组中的收发开关连接第二收发天线；两个功能模块组中的功分器共同连接雷达信号参数提取单元，所述雷达信号参数提取单元连接控制单元，所述控制单元分别连接两块功能模块组中的多参数调制单元。

具体地，由于第一收发天线和第二收发天线的后端分别配置有相应的收发开关，因此诱饵装置对雷达信号的侦察与干扰可以共用两个收发天线。当诱饵装置工作在侦察方式时，收发开关置为“接收”状态，诱饵装置以两个极化正交的天线完整地侦收全极化雷达信号；当诱饵装置侦察完毕需要实施干扰时，收发开关置为“发射”状态，诱饵装置发射极化正交的两路干扰波，实现对全极化雷达所测量散射矩阵的完整干扰。

所述雷达信号参数提取单元，用于测量全极化雷达的信号频率和极化方式。场放器件用于输入的信号进行功率放大。

作为一种可实施方式，所述多参数调制单元包括依次顺序连接的DRFM、相位调制模块、幅度调制模块和多普勒调制模块。

具体地，两个功能模块组内，所述下变频器均连接多参数调制单元中的DRFM；所述控制单元分别连接两个多参数调制单元中的DRFM。

其中，DRFM完成对雷达信号的卷积复制，相位调制模块、幅度调制模块和多普勒调制模块分别实现卷积干扰信号的相位调制、幅度调制和多普勒参数调制，从而实现时域、频域、多普勒域和极化域的欺骗干扰。

控制单元根据雷达信号参数提取单元提取的外部侦察参数与控制指令(包括根据外部侦察参数生成的命令和外部人为输入的命令)分别对两个功能模块组传输的干扰信号进行不同的幅度调制和相位调制，并完成时序控制、开关控制、接收和发射支路的幅相校正、发射支路的极化调制控制等功能。

本发明的诱饵装置，基于一对极化正交的收发天线侦收全极化雷达的两路极化正交信号，然后利用专门设计的硬件电路对两路雷达信号进行时域、频域、极化域和多普勒域处理，最后形成两路极化正交的干扰信号发射出去，全极化干扰模式的应用和转发式干扰的设计思路，使得本发明干扰机能够形成较为逼真的假目标信号，有效提升了对全极化雷达的欺骗干扰作战效能。

实施例2

对应上述的结构新颖的全极化雷达诱饵装置，本发明实施例还提供一种雷达信号干扰方法，包括：

调整收发开关，使装置处于接收信号模式，然后通过第一收发天线和第二收发天线侦收雷达信号；

第一收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第一功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第一路输出信号和第二路输出信号；第二收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第二功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第三路输出信号和第四路输出信号；

第一路输出信号经第一功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元，第三路输出信号经第二功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元；第二路输出信号和第四路输出信号分时传输至雷达信号参数提取单元进行雷达信号参数提取，并将提取到的雷达信号参数分时传输至控制单元；

控制单元接收用户输入的控制命令，根据提取到的雷达信号参数分别按照控制命令对第一功能模块组中的多参数调制单元和第二功能模块组中的多参数调制单元进行控制，使其对第一路输出信号和第三路输出信号进行参数调制后传输至各自对应的上变频器；

调整收发开关，使装置处于发射信号模式，然后经过上变频器处理后的第一路输出信号和第三路输出信号再各自经过对应的场放器件处理，最后分别通过第一收发天线和第二收发天线发射出去，对目标雷达信号进行干扰。

具体地，所述控制命令包括分别设定第一收发天线和第二收发天线所发射信号的调制因子。

对应地，作为一种可实施方式，所述方法还包括：若所述第一路输出信号和所述第三路输出信号中的其中一路信号为第一信号，另一路信号为第二信号，则信号的调制因子应满足：

α₁-β₁＝α₂-β₂

其中，α₁和β₁分别为针对第一信号的第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子，α₂、β₂为分别为针对第二信号的第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子；所述第一信号和所述第二信号的极化方式互为正交。

作为另一种可实施方式，信号的调制因子应满足：

其中，θ为极化偏基角。

作为一种可实施方式，计算得到被干扰的雷达测得的伪目标的散射矩阵为：

其中，x和y为雷达信号的两种不同极化方式，j为干扰信号的标识。

下面以全极化雷达和本发明的诱饵装置均工作在线极化状态为例(其他极化状态条件下的分析过程和结论与此相似)，结合附图对本发明的工作原理作进一步说明。

首先，以全极化雷达收发天线的相位中心为原点建立一个后向散射坐标系，如图2所示。此时，雷达接收天线处坐标系的z_S与诱饵装置转发电磁波方向相反。设x和y为被干扰雷达信号的两种不同极化方式，雷达信号的极化基为

u和v分别为诱饵装置的两个收发天线的极化方式，诱饵装置的极化基为

两个极化基之间的偏角θ为极化单位矢量

与

之间的夹角，记变基矩阵为[U]，则从

极化基到

极化基满足以下变换：

当诱饵装置侦收到雷达发射的x极化信号时，将该信号分成两路进行调制(其中一路信号经第一功能模块组调制，另一路信号经第二功能模块组调制)，设α₁、β₁分别为雷达发射的x极化信号时，诱饵装置两个极化正交天线上转发信号的调制因子(调制因子决定了转发信号的相位和功率)，则在诱饵装置的一对极化正交天线上转发的两路信号电场有如下形式：

其中，[U]为变基矩阵，

为诱饵装置侦察天线处的入射波电场矢量。

从而，在全极化雷达上接收到诱饵装置转发信号电场为：

忽略散射矩阵的球面波因子的影响(令G(r)＝1)，可以由此回波脉冲获取假目标散射矩阵的一列向量，即

当诱饵装置侦收到雷达发射的y极化信号时，同样将该信号分成两路进行调制，设α₂、β₂为雷达发射的y极化信号时，诱饵装置两个极化正交天线上转发信号的调制因子。同理，可推导出假目标散射矩阵的另一列向量。

最后，雷达测得假目标的散射矩阵为：

由此可得到假目标的Graves功率矩阵：

该假目标散射矩阵与Graves功率矩阵与四个调制因子α₁、β₁、α₂、β₂以及极化基偏角θ有关，下面对这两个矩阵的性质进行分析。

(1)互易性质与非奇异性质

在式(5)中，令散射矩阵元素

可得

α₁-β₁＝α₂-β₂ (7)

因此，只需要合理设置四个调制因子α₁、β₁、α₂、β₂，使之满足上述条件(7)，高逼真全极化假目标的散射矩阵即可满足互易性质。

本发明诱饵装置生成的假目标极化散射矩阵的行列式值为：

令|[S^j]|≠0可得：

可见，只要合理设置调制因子α₁、β₁、α₂、β₂，使它们满足上述关系(9)，该全极化有源假目标的散射矩阵就是非奇异的，这是本发明诱饵装置很容易实现的。

本发明诱饵装置生成的假目标Graves功率矩阵的行列式值为

令|[G^j]|≠0可得，

该结果与式(9)相同，这说明了，当且仅当该假目标的散射矩阵为非奇异时，Graves功率矩阵也是非奇异的。也就是说，通过在诱饵装置上合理设置调制因子α₁、β₁、α₂、β₂，使它们之间的关系满足式(11)，该全极化有源假目标的散射矩阵与Graves功率矩阵都是非奇异的。

(2)极化基偏角θ的影响

当诱饵装置天线的极化基与极化雷达收发天线极化基一致时，极化基偏角θ＝0，该全极化有源假目标的极化散射矩阵和Graves功率矩阵形式如下

可以看出，此时的假目标散射矩阵与Graves功率矩阵仅仅由诱饵装置转发信号时调制因子α₁、β₂决定，虽然仍满足互易性质和非奇异性质，但是由于该全极化有源假目标的散射矩阵的交叉极化项为零，只剩下两个同极化项，此时对雷达信号具有一定的干扰效果，但干扰效果较差，容易被鉴别。因此，需要注意的是，如果想要较好的雷达信号干扰效果，需合理设置诱饵装置收发天线的极化状态，避免与极化雷达收发天线的极化状态一致。

(3)任意假目标的构建

通过设置不同的调制因子α₁、β₁、α₂、β₂，可以很方便地利用该诱饵装置模拟任意真实雷达目标。假设要模拟的真实雷达目标的散射矩阵[S]满足互易性质，其在线极化基

下具有如下形式：

令[S^j]＝[S]，可得高逼真全极化假目标诱饵装置的调制因子矩阵为

由雷达目标的极化分解理论可知，简单目标，诸如锥体、圆柱体、椭球体等，一般可视作金属球/平板、二面角和螺旋线等典型目标的简单组合，复杂目标的电磁散射也可以看作是金属球、平板、二面角和螺旋线等几种典型目标电磁散射的线性组合。根据这一原理，该发明高逼真全极化假目标诱饵装置只需要简单调整四个调制因子α₁、β₁、α₂、β₂，就可以仿真生成任意真实目标，提高了假目标的逼真度，从而有效降低在极化雷达对抗中被识别的概率。

作为例子，下面给出高逼真全极化有源假目标诱饵装置在构造几类典型目标极化散射矩阵时的调制因子，这些典型目标包括金属球或平板、细导线、二面角、螺旋线、以及偶极子等，具体如表1所示(这些值是在水平垂直极化基

下测定的，其中，ρ为目标散射的幅度信息，ψ为电磁波入射方向角，θ为极化雷达与诱饵装置天线极化基偏角)。

表1几类典型目标的全极化诱饵装置调制因子数值表

本发明的效果可以通过如下仿真实验进一步说明。

图3是仿真实验采用的某全极化成像雷达采集的地面场景图像。在图像上选择了三个强散射点目标，分别是T₁、T₂和T₃，它们的极化散射矩阵参数(这里给出的是相对散射矩阵元素值)分别为：

这里假设诱饵装置与某全极化成像雷达之间的极化基偏角θ＝π/6，根据式(14)可计算得到高逼真全极化假目标干扰时的调制因子为：

根据调制因子利用本发明诱饵装置模拟得到了三个假目标，分别为F1、F2和F3，如图4所示。从图像上看，三个假目标和对应的真实目标在三个极化通道中的表现非常接近，能够较好地欺骗点目标的目视判读。式(17)为受干扰图像中三个假目标的极化散射矩阵实测值，与式(15)相比较略微有些差异，这是因为假目标所处的杂波背景与真实目标不同所造成的，不影响假目标极化特性的分析结论。

图5为利用受干扰前后的真实目标和假目标极化散射矩阵作出的极化特征图，显然，无论是共极化特征图还是交叉极化特征图，三个假目标都与真实目标非常相似，充分说明了假目标在极化散射特性方面具有较高的逼真度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种结构新颖的全极化雷达诱饵装置，其特征在于，包括：第一收发天线、第二收发天线、第一功能模块组、第二功能模块组、雷达信号参数提取单元和控制单元；所述第一收发天线发射的信号的极化方式和所述第二收发天线发射的信号的极化方式互为正交；

第一功能模块组和第二功能模块组均包括依次顺序连接形成完整通道的收发开关、低噪声放大器、功分器、下变频器、多参数调制单元、上变频器和场放器件；所述场放器件连接至所述收发开关；

第一功能模块组中的收发开关连接第一收发天线，第二功能模块组中的收发开关连接第二收发天线；两个功能模块组中的功分器共同连接雷达信号参数提取单元，所述雷达信号参数提取单元连接控制单元，所述控制单元分别连接两块功能模块组中的多参数调制单元；

所述多参数调制单元包括依次顺序连接的DRFM、相位调制模块、幅度调制模块和多普勒调制模块；

其中，将第一功能模块组中的功分器分别输出至下变频器、雷达信号参数提取单元的两路信号分别记作第一路输出信号和第二路输出信号，将第二功能模块组中的功分器分别输出至下变频器、雷达信号参数提取单元的两路信号分别记作第三路输出信号和第四路输出信号；

所述雷达信号参数提取单元，用于分时接收第二路输出信号和第四路输出信号，然后从接收的信号中进行雷达信号参数提取，并将提取到的雷达信号参数分时传输至控制单元；

所述控制单元，用于接收用户输入的控制命令，根据提取到的雷达信号参数分别按照控制命令对第一功能模块组中的多参数调制单元和第二功能模块组中的多参数调制单元进行控制，使其对第一路输出信号和第三路输出信号进行参数调制后传输至各自对应的上变频器；所述控制命令包括分别设定第一收发天线和第二收发天线所发射信号的调制因子，所述调制因子根据全极化雷达诱饵装置所要模拟的雷达目标极化散射特性生成。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雷达信号参数提取单元，用于测量全极化雷达的信号频率和极化方式。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，两个功能模块组内，所述下变频器均连接多参数调制单元中的DRFM；所述控制单元分别连接两个多参数调制单元中的DRFM。

4.基于权利要求1至3任一所述的结构新颖的全极化雷达诱饵装置的雷达信号干扰方法，包括：

调整收发开关，使全极化雷达诱饵装置处于接收信号模式，然后通过第一收发天线和第二收发天线侦收雷达信号；

第一收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第一功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第一路输出信号和第二路输出信号；第二收发天线侦收到的雷达信号分别经对应的第二功能模块组中的低噪声放大器和功分器进行处理，分配得到第三路输出信号和第四路输出信号；

第一路输出信号经第一功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元，第三路输出信号经第二功能模块组中的下变频器处理后传输至对应的多参数调制单元；第二路输出信号和第四路输出信号分时传输至雷达信号参数提取单元进行雷达信号参数提取，并将提取到的雷达信号参数分时传输至控制单元；

控制单元接收用户输入的控制命令，根据提取到的雷达信号参数分别按照控制命令对第一功能模块组中的多参数调制单元和第二功能模块组中的多参数调制单元进行控制，使其对第一路输出信号和第三路输出信号进行参数调制后传输至各自对应的上变频器；

调整收发开关，使全极化雷达诱饵装置处于发射信号模式，然后经过上变频器处理后的第一路输出信号和第三路输出信号再各自经过对应的场放器件处理，最后分别通过第一收发天线和第二收发天线发射出去，对目标雷达信号进行干扰。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，调制因子应满足：

其中，

和

分别为当全极化雷达诱饵装置侦收到雷达发射的x极化信号时，第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子，

、

为分别为当全极化雷达诱饵装置侦收到雷达发射的y极化信号时，第一收发天线上和第二收发天线上所发射信号的调制因子。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：调制因子应满足：

其中，

为雷达信号和全极化雷达诱饵装置之间的极化基偏角。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

被干扰的雷达测得的伪目标的散射矩阵为：

其中，

和

为雷达信号的两种不同极化方式，

为干扰信号的标识。

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