CN113296062B - 基于检索最优值的sar欺骗模板生成方法、系统及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达电子对抗技术领域，公开了一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法、系统及应用，将真实目标周围场景的散射系数取样，利用检索最优值的方法找到m的值，然后对周围场景分别逆序排列组成欺骗模板；天线Tx接收到SAR平台发射的线性调频信号，传给干扰机，由干扰机用制成的欺骗模板对信号进行系数调制，生成干扰信号；天线Rx接收到真实目标的回波信号，对其进行移频处理，制成对消信号；将干扰信号和对消信号一起发射回SAR平台。本发明极大地增强了欺骗性能，不易引起SAR平台的察觉。本发明在对消过程中参数估计不精确的情况下，可以覆盖对消残留的目标，具有较强的鲁棒性。

Description

基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法、系统及应用
技术领域
本发明属于雷达电子对抗技术领域，尤其涉及一种基于检索最优值的合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)欺骗模板生成方法、系统及应用。
背景技术
目前：合成孔径雷达具有全天时、全天候、远距离的高分辨率成像能力，广泛应用于军事和民用领域。近几十年来，随着雷达技术的发展，为了避免雷达平台探测到重要的军事保护目标，对雷达干扰欺骗提出了新的要求和挑战。在这个过程中，出现了大量新型的干扰，大大丰富了合成孔径雷达干扰理论的方法，提高了干扰效率。
大多数SAR干扰是通过干扰器发送噪声污染信号，一个或多个假目标信号等来进行欺骗干扰。这些干扰方法给合成孔径雷达对目标的识别带来了一些障碍。但有一个常见的问题：目标仍然存在于SAR图像上，它在估计SAR的参数不精确的情况下会暴露目标位置。为了消除SAR图像中的保护目标，近年来提出了回波消除。回波消除的原理是对消器接收回波信号，然后产生等幅和相反相位的抵消信号，经SAR平台成像处理后，会对消掉保护目标，但是此方法会在对消区域上留下一片散射系数为0的深色区域，会引起SAR平台的注意，且对参数估计不精确的情况下易引起对消失败。
为了增强干扰方法的欺骗性能，不被SAR平台注意到保护目标，需要研究新的欺骗方法，使之能够即在SAR图像上将目标对消，又能不引起SAR平台的注意。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)目标仍然存在于SAR图像上，它在估计SAR的参数不精确的情况下会暴露目标位置。
(2)但是此方法会在对消区域上留下一片散射系数为0的深色区域，会引起SAR平台的注意，且鲁棒性较差。
解决以上问题及缺陷的难度为：如何不引起SAR平台对目标的注意，且在干扰机存在误差的情况下依然有良好的干扰性能。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)本发明在回波消除的基础上，利用欺骗模板覆盖对消区域，消除了残留的深色对消区域。
(2)本发明通过选择与目标周围场景融合度最好的欺骗模板，极大地增强了欺骗性能，不易引起SAR平台的察觉。
(3)本发明利用欺骗模板覆盖对消区域，在对消过程中参数估计不精确的情况下，可以覆盖对消残留的目标，具有较强的鲁棒性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法、系统及应用。
本发明是这样实现的，一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法包括：
将真实目标周围场景的散射系数取样，利用检索最优值的方法找到m的值，然后对周围场景分别逆序排列组成欺骗模板；
作用：在真实场景周围采样场景的散射系数制成欺骗模板，使欺骗场景能很好的融入周围场景，使欺骗模板具有更高地欺骗性。
天线Tx接收到SAR平台发射的线性调频信号，传给干扰机，由干扰机用制成的欺骗模板对信号进行系数调制，生成干扰信号；
作用：由于欺骗模板可以离线制成，当干扰过程开始时，干扰机可以及时对原始信号进行系数调制，满足与对消信号同时被SAR平台接收。
天线Rx接收到真实目标的回波信号，对其进行移频处理，制成对消信号；
作用：对消信号的产生是为了将目标在SAR图像上消除，当周围场景的散射特性弱于目标的散射特性，可以将目标先消除，再覆盖欺骗场景。实现以弱盖强，增强欺骗性。
将干扰信号和对消信号一起发射回SAR平台。
作用：满足同时发射使信号能准确地被SAR接收，并有效地进行欺骗干扰。
进一步，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的保护目标的形状被设置为一个矩形，区域I和III代表周围场景，区域II表示受保护目标；A是受保护目标的系数矩阵，B和C是数据库中存储的周围场景的散射系数矩阵；A、B和C写为：
式中，a,b,c分别代表各区域各散射点强度大小。
进一步，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的检索最优值包括：
(1)在对III和I区域的散射特性进行采样后，得到系数矩阵B和C。定义Pk，量化系数矩阵B和C中每列元素之间的差异；
(2)Pk的值越大，B和C每列的元素之间的差值就越大C；相反，Pk值越小，差值就越小；检索最优值是找到使Pk值最小的k值，使用m表示使Pk最小的k值，最小值为Pm。
进一步，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的逆序排列组成欺骗模板包括：欺骗模板的第2n列由C中第一列组成，将B逆序排列，欺骗模板的第1至m列由B中第1至m列组成。
进一步，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的生成欺骗模板包括：Pm是检索到的最优值，并且是Pk中的最小值，m是B和C中各列散射系数差异最小的位置；欺骗模板的第1至m列由矩阵B的第1列至m列逆序排列组成，欺骗模板的第m+1列至第2n列由矩阵C的第1至2n-m列逆序排列组成。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
将真实目标周围场景的散射系数取样，利用检索最优值的方法找到m的值，然后对周围场景分别逆序排列组成欺骗模板；
天线Tx接收到SAR平台发射的线性调频信号，传给干扰机，由干扰机用制成的欺骗模板对信号进行系数调制，生成干扰信号；
天线Rx接收到真实目标的回波信号，对其进行移频处理，制成对消信号；
将干扰信号和对消信号一起发射回SAR平台。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的雷达干扰仿真系统。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的干扰机系统。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统包括：
散射系数提起模块，用于提取待保护目标周围场景的散射系数；
最优值检索模块，用于检索最优值；
欺骗场景排列模块，用于按照检索出的最优值，逆序排列欺骗场景；
欺骗模板生成模块，用于生成欺骗模板。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明在回波消除的基础上，利用欺骗模板覆盖对消区域，消除了残留的深色对消区域；本发明通过选择与目标周围场景融合度最好的欺骗模板，极大地增强了欺骗性能，不易引起SAR平台的察觉。本发明利用欺骗模板覆盖对消区域，在对消过程中参数估计不精确的情况下，可以覆盖对消残留的目标，具有较强的鲁棒性。
截至目前，SAR电子对抗都是使用干扰手段保护目标不被SAR平台发现，但干扰过程中都会产生明显的干扰痕迹，这些都会带来被SAR平台注意的风险。而本发明以不被SAR平台察觉为前提，用与周围场景散射特性相似度极高的欺骗模板来覆盖对消区域，无明显干扰痕迹，被SAR平台注意的风险极低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统的结构示意图；
图2中：1、散射系数提起模块；2、最优值检索模块；3、欺骗场景排列模块；4、欺骗模板生成模块。
图3是本发明实施例提供的场景SAR复图像，场景大小约为150m×150m(X方向×Y方向)，像素点阵为1025×1025(X方向×Y方向)示意图。
图4是本发明实施例提供的回波消除后的SAR复图像示意图。
图5是本发明实施例提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的欺骗效果图。
图6是本发明实施例提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于检索最优值的SAR(合成孔径雷达)欺骗模板生成方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法包括以下步骤：
S101：将真实目标周围场景的散射系数取样，利用检索最优值的方法找到m的值，然后对周围场景分别逆序排列组成欺骗模板；
S102：天线Tx(干扰系统中的收发一体的天线)接收到SAR平台发射的线性调频信号，传给干扰机，由干扰机用制成的欺骗模板对信号进行系数调制，生成干扰信号；
S103：天线Rx(干扰系统中的接收天线)接收到真实目标的回波信号，对其进行移频处理，制成对消信号；
S104：将干扰信号和对消信号一起发射回SAR平台。
本发明提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法仅仅是一个具体实施例而已。
如图2所示，本发明提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统包括：
散射系数提起模块1，用于提取待保护目标周围场景的散射系数；
最优值检索模块2，用于检索最优值；
欺骗场景排列模块3，用于按照检索出的最优值，逆序排列欺骗场景；
欺骗模板生成模块4，用于生成欺骗模板。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明提供的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法具体包括：
第一步，保护目标的形状被设置为一个矩形。区域I和III代表周围场景，区域II表示受保护目标。A是受保护目标的系数矩阵，B和C是数据库中存储的周围场景的散射系数矩阵。A、B和C可以写为：
式中，a,b,c分别代表各区域各散射点强度大小。
第二步，检索最优值包括：
(1)在对III和I区域的散射特性进行采样后，得到系数矩阵B和C。定义Pk，用来量化系数矩阵B和C中每列元素之间的差异；
(2)Pk的值越大，B和C每列的元素之间的差值就越大C.相反，Pk值越小，差值就越小。检索最优值是找到使Pk值最小的k值，使用m表示使Pk最小的k值，最小值为Pm。
第三步，逆序排列欺骗场景包括：
欺骗模板的第2n列由C中第一列组成，将B逆序排列，欺骗模板的第1至m列由B中第1至m列组成。这样可以做到欺骗模板和周围场景在边界处差异为0，最大程度与周围场景融合；
第四步，生成欺骗模板包括：
(1)Pm是检索到的最优值，并且是Pk中的最小值，m是B和C中各列散射系数差异最小的位置。欺骗模板的第1至m列由矩阵B的第1列至m列逆序排列组成，欺骗模板的第m+1列至第2n列由矩阵C的第1至2n-m列逆序排列组成。
(2)如图6所示，2条红色直线中间为欺骗模板，左边直线的左边区域为B，右边直线的右边区域为C。
下面结合仿真实验对本发明的技术效果作详细的描述。
1、仿真实验
本发明仿真所采用部分参数如表1。
表1仿真参数设置
即：波段Ku，带宽600MHz，采样频率800MHz，脉冲重复频率1000Hz，雷达平台按照图3所示的曲线飞行，飞行高度约1000m，中心作用距离约1400m，雷达平台运动速度50m/s，平台沿X方向的加速度为-1.5m/s2，平台沿Y方向的加速度为1.2m/s2。设置的成像场景大小约为150m×150m(X方向×Y方向)，像素点阵为1025×1025(X方向×Y方向)，对应的SAR复图像如图3所示。根据表1所示雷达参数和图3所示的SAR复图像，采用本发明方法进行回波消除和欺骗干扰复合仿真。仿真条件为64位Windows10系统matlab环境，PC硬件平台为i59400fCPU，16GB内存。
图4和图5对比可以发现，图4对消区域有一片深色矩形区域，且再对消参数不精确的情况下会暴露目标位置，易引起SAR平台的注意。图5为覆盖了本发明制成的欺骗模板的SAR复图像，可以看出，深色区域被欺骗模板代替，和周围环境融合较好，无突兀部分，极大地增强了欺骗性能，不易引起SAR平台的察觉。本发明利用欺骗模板覆盖对消区域，在对消过程中参数估计不精确的情况下，可以覆盖对消残留的目标，具有较强的鲁棒性。
在仿真测试过程中，验证了本发明所提方法的可行性和有效性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法，其特征在于，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法包括：
将真实目标周围场景的散射系数取样，利用检索最优值的方法找到m的值，然后对周围场景分别逆序排列组成欺骗模板；
天线Tx接收到SAR平台发射的线性调频信号，传给干扰机，由干扰机用制成的欺骗模板对信号进行系数调制，生成干扰信号；
天线Rx接收到真实目标的回波信号，对其进行移频处理，制成对消信号；
将干扰信号和对消信号一起发射回SAR平台；
所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的保护目标的形状被设置为一个矩形，区域I和III代表周围场景，区域II表示受保护目标；A是受保护目标的系数矩阵，B和C是数据库中存储的周围场景的散射系数矩阵；A、B和C写为：
式中，a,b,c分别代表各区域各散射点强度大小；
所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的检索最优值包括：
(1)在对III和I区域的散射特性进行采样后，得到系数矩阵B和C；定义Pk，量化系数矩阵B和C中每列元素之间的差异；
(2)Pk的值越大，B和C每列的元素之间的差值就越大；相反，Pk值越小，差值就越小；检索最优值是找到使Pk值最小的k值，使用m表示使Pk最小的k值，最小值为Pm。
2.如权利要求1所述的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法，其特征在于，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的逆序排列组成欺骗模板包括：欺骗模板的第2n列由C中第一列组成，将B逆序排列，欺骗模板的第1至m列由B中第1至m列组成。
3.如权利要求1所述的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法，其特征在于，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的生成欺骗模板包括：Pm是检索到的最优值，并且是Pk中的最小值，m是B和C中各列散射系数差异最小的位置；欺骗模板的第1至m列由矩阵B的第1列至m列逆序排列组成，欺骗模板的第m+1列至第2n列由矩阵C的第1至2n-m列逆序排列组成。
4.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1～3任意一项所述一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的步骤。
5.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1～3任意一项所述的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法。
6.一种应用权利要求1～3任意一项所述一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的雷达干扰仿真系统。
7.一种应用权利要求1～3任意一项所述一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的干扰机系统。
8.一种实施权利要求1～3任意一项所述一种基于检索最优值的SAR欺骗模板生成方法的基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统，其特征在于，所述基于检索最优值的SAR欺骗模板生成系统包括：
散射系数提起模块，用于提取待保护目标周围场景的散射系数；
最优值检索模块，用于检索最优值；
欺骗场景排列模块，用于按照检索出的最优值，逆序排列欺骗场景；欺骗模板生成模块，用于生成欺骗模板。
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