CN115542266A - 基于混叠点特性的sar斑块干扰方法、装置和干扰机 - Google Patents

基于混叠点特性的sar斑块干扰方法、装置和干扰机 Download PDF

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CN115542266A CN202211189747.7A CN202211189747A CN115542266A CN 115542266 A CN115542266 A CN 115542266A CN 202211189747 A CN202211189747 A CN 202211189747A CN 115542266 A CN115542266 A CN 115542266A
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Abstract

本发明涉及一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法、装置和干扰机；方法包括：步骤S1、根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；步骤S2、根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；步骤S3、根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。本发明实现对SAR成像的特定小区域进行斑块压制保护；并且，功率消耗低、计算量小、使用灵活、降低了实现难度。

Description

基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法、装置和干扰机
技术领域
本发明属于雷达对抗技术领域，具体涉及一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法、装置和干扰机。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar：SAR)可以全天时全天候对地进行观测，并可获得清晰的二维图像。在民用方面，如气象、地质和矿物质勘探、海洋运用、水资源、农业和森林、洪水灾害等，也可以用SAR监测，都有着重大的意义。
同样，如何干扰SAR设备的成像侦察，实现对特定区域有效防护，也有着非常重要的意义。
实现SAR斑块压制，目前的技术有噪声压制干扰、噪声卷积调制干扰和步进移频干扰。这几种干扰方式在使用当中存在如下问题：
(1)噪声压制方式由于没有利用SAR的二维相干性，因此功率较大，压制相同的区域，功率比二维相干方法高几十dB；
(2)噪声卷积方式则是计算量大，需要计算与压制场景相当的点目标，如距离和方位图像间隔是1米，则压制200米×200的区域，需要计算40000点的回波。
(3)步进移频干扰可以获取距离和方位的部分匹配增益，实现也较为简单，但是对压制区域的位置选择不够灵活。当受保护的区域位置变化时，步进移频干扰不易实现。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法、装置和干扰机，用于解SAR斑块压制干扰功率、计算量和压制位置灵活多变的多种需求难于同时满足的问题。
本发明公开了一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法，包括：
步骤S1、根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；
步骤S2、根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
步骤S3、根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。
进一步地，步骤S2中，具体包括：
1)根据SAR图像中斑块区域的中心坐标和经过保护区域中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；确定出斑块近距；
2)根据混叠点位置与斑块位置的约束关系，以及斑块区域的范围要求，调整斑块相对混叠点的延迟以及混叠点近距，使干扰形成的斑块范围满足斑块范围要求；
3)根据混叠点近距以及斑块相对混叠点的延迟，得到SAR成像坐标系下，满足斑块区域范围要求的混叠点的位置坐标。
进一步地，混叠点位置与斑块位置的约束关系为：
Figure BDA0003868772430000021
其中R0'为斑块近距，R0为混叠点近距，V为SAR平台速度，t0是斑块相对混叠点的延迟，t的取值范围为
Figure BDA0003868772430000022
其中，斑块近距
Figure BDA0003868772430000023
(0,0,H)为SAR成像坐标系下，经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；(Xp,0,0)为SAR成像坐标系下，斑块保护区中心坐标。
进一步地，斑块区域的范围要求中，斑块斜距宽度：
Figure BDA0003868772430000031
其中，T为合成孔径时间。
进一步地，斑块区域的范围要求中，斑块方位宽度：
Figure BDA0003868772430000032
进一步地，调整斑块相对混叠点的延迟t0，生成符合斑块区域范围要求的斑块，确定混叠点近距R0；
将斑块相对混叠点的延迟t0、混叠点近距R0转换到SAR成像坐标系中，得到混叠点位置坐标(Xh，Yh)为：
Figure BDA0003868772430000033
Yh＝Vt0。
进一步地，步骤S3包括：
1)根据SAR天线相位中心坐标、混叠点坐标和干扰机坐标计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离Rsh、干扰机到SAR的距离Rsh；
2)干扰机接收到SAR发射的信号后，根据Rsh和Rsj对接收到SAR发射的信号进行距离上的延迟和相位上的调制，使干扰机转发出的信号到达SAR接收机时与从混叠点到达SAR接收机的信号一致。
进一步地，SAR成像坐标系下，SAR天线相位中心坐标为(0,Vt,H)，混叠点坐标为(Xh,Yh,0)，干扰机坐标为(Xj,Yj,0)；
根据坐标关系计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离为：
Figure BDA0003868772430000034
根据坐标关系计算出干扰机到SAR的距离为：
Figure BDA0003868772430000035
本发明还公开了一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，包括：
斑块位置坐标位置确定模块，用于根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；
混叠点位置坐标位置确定模块，用于根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
干扰信号形成模块，用于根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。
本发明还公开了一种干扰机，内置如上所述的基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，对于保护区域的SAR成像侦察产生SAR斑块干扰，防护保护区域。
本发明可实现以下有益效果之一：
本发明的基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法、装置和干扰机，可以实现对SAR成像的特定小区域进行斑块压制保护；并且，
功率消耗低、计算量小、使用灵活，可以根据需求将斑块放到SAR图像的任一位置，压制保护任一区域；
实现简单，将实现SAR的斑块压制干扰转换为实现点目标的SAR回波模拟，降低了实现难度。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中的基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法流程图；
图2为本发明实施例中的未加干扰时的SAR成像结果示意图；
图3为本发明实施例中的为将斑块干扰加在保护区域的成像位置后的成像结果示意图；
图4为本发明实施例中的SAR、干扰机、斑块保护区几何关系示意图；
图5为本发明实施例中的主瓣内点与混叠点的斜距对应关系示意图；
图6为本发明实施例中的SAR、干扰机、混叠点几何关系示意图；
图7为本发明实施例中的基于混叠点特性的SAR斑块干扰装置框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一
本发明的一个实施例公开了一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法，如图1所示，包括：
步骤S1、根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；
步骤S2、根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
所述混叠点为SAR方位向上，实际位置在雷达主瓣之外，但成像在雷达主瓣之内的点。
步骤S3、根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。
如图2所示未加干扰时的SAR成像结果示意图；图3为将斑块干扰加在保护区域的成像位置后的成像结果示意图。
在步骤S1中，根据需要保护区域的坐标，干扰机所在位置坐标、SAR平台运动状态，计算三者的空间几何关系，建立SAR成像坐标系，确定出可以起到对保护区域保护作用的斑块在SAR图像中的位置；
在本实施例中，以斑块保护区中心坐标代表斑块在SAR图像中的位置。
SAR成像坐标系中，X轴表示波束中心照射方向水平投影，Y轴为SAR平台运动方向，Z轴竖直向上，三者俯视图如图4所示。由于保护区域和干扰机位置固定，令SAR波束中心照射方向经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标为(0,0,H)，则根据三者的相对位置关系，可得干扰机坐标为(Xj,Yj,0)，斑块保护区中心坐标为(Xp,0,0)。
具体的，在步骤S2中，具体包括：
1)根据SAR图像中斑块保护区中心坐标和经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；确定出斑块近距；
具体的，斑块近距
Figure BDA0003868772430000061
其中，(0,0,H)为经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标，(Xp,0,0)为斑块保护区中心坐标。
2)根据混叠点位置与斑块位置的约束关系，以及斑块区域的范围要求，调整斑块相对混叠点的延迟以及混叠点近距，使干扰形成的斑块范围满足斑块范围要求；
具体的，混叠点位置与斑块位置的约束关系为：
Figure BDA0003868772430000062
其中R0'为斑块近距，R0为混叠点近距，V为平台速度，t0是斑块相对混叠点的延迟，为保证斑块位置的确定性，时间t的取值范围为
Figure BDA0003868772430000063
具体的，根据实际情况，调整斑块相对混叠点的延迟，选择合适的t0值，根据混叠点位置与斑块位置的约束关系式
Figure BDA0003868772430000064
可以解出合适的混叠点近距值R0，从而确定混叠点的位置。斑块相对混叠点的延迟t0不同，对应混叠点方位坐标0表示的位置也不一样，相当于根据t0的位置，沿方位向改变方位坐标原点0的位置。
具体的，斑块区域的范围要求包括斑块斜距宽度和斑块方位宽度要求。
更具体的，斑块斜距宽度要求确定方法包括：
在斑块的中心位置，满足
Figure BDA0003868772430000071
主瓣内点与混叠点的斜距对应关系示意如图5所示，经过距离徙动校正后，主瓣内的点矫正为沿方位向的直线，都在相同的距离门中，而混叠点经过校正后，由于时间0点左右的部分均向下即近距方向校正相同的距离，所以其在距离向的分布基本不变，这就决定了斑块距离向的宽度。
优选的，斑块区域的范围要求中，斑块斜距宽度可根据式
Figure BDA0003868772430000072
计算，T为合成孔径时间。
更具体的，斑块方位宽度要求确定方法包括：
合成孔径雷达以合成孔径的方式运动，在方位向产生了线性调频信号，其调频率与平台的运动速度和近距有关。由于混叠的关系，方位处理时，混叠点并未得到与自身近距对应的方位匹配函数，而是采用相差了多个距离门的方位匹配函数进行压缩，方位的失配会造成方位向的展宽，展宽程度决定的混叠点斑块方位向的大小。
优选的，斑块区域的范围要求中，斑块的方位大小可根据式
Figure BDA0003868772430000073
进行计算。
3)根据混叠点近距以及斑块相对混叠点的延迟，得到SAR成像坐标系下，满足斑块范围要求的混叠点的位置坐标。
根据调整斑块相对混叠点的延迟t0，可以生成符合要求的斑块，并最终确定混叠点近距R0，得到混叠点位置坐标(t0,R0)；
再将混叠点位置坐标(t0,R0)转换到步骤S1建立的SAR成像坐标系中，混叠点X坐标为
Figure BDA0003868772430000081
混叠点Y坐标为Yh＝Vt0。
具体的，在步骤S3中，包括：
1)根据SAR天线相位中心坐标、混叠点坐标和干扰机坐标计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离Rsh、干扰机到SAR的距离Rsh；
具体的，SAR成像坐标系中，混叠点、干扰机以及SAR平台三者的俯视图如图6所示。
SAR天线相位中心坐标为(0,Vt,H)，混叠点坐标为(Xh,Yh,0),干扰机坐标为(Xj,Yj,0)；
根据坐标关系计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离为：
Figure BDA0003868772430000082
根据坐标关系计算出干扰机到SAR的距离为：
Figure BDA0003868772430000083
2)干扰机接收到SAR发射的信号后，根据Rsh和Rsj对接收到SAR发射的信号进行距离上的延迟和相位上的调制，使干扰机转发出的信号到达SAR接收机时与从混叠点到达SAR接收机的信号一致。
综上所述，本发明实施例中的基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法可以实现对SAR成像的特定小区域进行斑块压制保护；例如，掩护卡车大小的面积，或长宽都在200米左右的小区域。
并且，功率消耗低、计算量小、使用灵活，可以根据需求将斑块放到SAR图像的任一位置，压制保护任一区域；实现简单，将实现SAR的斑块压制干扰转换为实现点目标的SAR回波模拟，降低了实现难度。
实施例二
本发明实施例中公开了一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，如图7所示，包括：
斑块位置坐标位置确定模块，用于根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的斑块位置坐标；
混叠点位置坐标位置确定模块，用于根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
干扰信号形成模块，用于根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波的方法，在SAR图像中保护区域中形成SAR斑块压制干扰。
混叠点位置坐标位置确定模块中，还包括：
斑块近距计算模块，用于根据SAR图像中斑块保护区中心坐标和经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；确定出斑块近距；
混叠点近距计算模块，用于根据混叠点位置与斑块位置的约束关系，以及斑块区域的范围要求，调整斑块相对混叠点的延迟以及混叠点近距，使干扰形成的斑块范围满足斑块范围要求；
混叠点位置坐标计算模块，用于根据混叠点近距以及斑块相对混叠点的延迟，得到SAR成像坐标系下，满足斑块范围要求的混叠点的位置坐标。
具体的，斑块近距
Figure BDA0003868772430000091
其中，(0,0,H)为经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标，(Xp,0,0)为斑块保护区中心坐标。
具体的，混叠点位置与斑块位置的约束关系为：
Figure BDA0003868772430000092
其中R0'为斑块近距，R0为混叠点近距，V为平台速度，t0是斑块相对混叠点的延迟，为保证斑块位置的确定性，时间t的取值范围为
Figure BDA0003868772430000093
具体的，根据实际情况，调整斑块相对混叠点的延迟，选择合适的t0值，根据混叠点位置与斑块位置的约束关系式
Figure BDA0003868772430000101
可以解出合适的混叠点近距值R0，从而确定混叠点的位置。斑块相对混叠点的延迟t0不同，对应混叠点方位坐标0表示的位置也不一样，相当于根据t0的位置，沿方位向改变方位坐标原点0的位置。
具体的，斑块区域的范围要求包括斑块斜距宽度和斑块方位宽度要求。
更具体的，斑块斜距宽度要求确定方法包括：
在斑块的中心位置，满足
Figure BDA0003868772430000102
主瓣内点与混叠点的斜距对应关系示意如图5所示，经过距离徙动校正后，主瓣内的点矫正为沿方位向的直线，都在相同的距离门中，而混叠点经过校正后，由于时间0点左右的部分均向下即近距方向校正相同的距离，所以其在距离向的分布基本不变，这就决定了斑块距离向的宽度。
优选的，斑块区域的范围要求中，斑块斜距宽度可根据式
Figure BDA0003868772430000103
计算，T为合成孔径时间。
更具体的，斑块方位宽度要求确定方法包括：
合成孔径雷达以合成孔径的方式运动，在方位向产生了线性调频信号，其调频率与平台的运动速度和近距有关。由于混叠的关系，方位处理时，混叠点并未得到与自身近距对应的方位匹配函数，而是采用相差了多个距离门的方位匹配函数进行压缩，方位的失配会造成方位向的展宽，展宽程度决定的混叠点斑块方位向的大小。
优选的，斑块区域的范围要求中，斑块的方位大小可根据式
Figure BDA0003868772430000104
进行计算。
根据调整斑块相对混叠点的延迟t0，可以生成符合要求的斑块，并最终确定混叠点近距R0，得到混叠点位置坐标(t0,R0)；
再将混叠点位置坐标(t0,R0)转换到步骤S1建立的SAR成像坐标系中，混叠点X坐标为
Figure BDA0003868772430000111
混叠点Y坐标为Yh＝Vt0。
本实施例包括的其他技术细节和有益效果与实施例一中相同，请参照实施例一中的具体内容，在此就不一一赘述了。
实施例三
本发明实施例中公开了一种干扰机，内置如实施例二中所述的基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，对于被保护区域的SAR成像侦察产生SAR斑块干扰，防护被保护区域。
本实施例所包括的技术细节和有益效果与实施例一中相同，请参照实施例一中的具体内容，在此就不一一赘述了。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰方法，其特征在于，包括：
步骤S1、根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；
步骤S2、根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
步骤S3、根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。
2.根据权利要求1所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，步骤S2中，具体包括：
1)根据SAR图像中斑块区域的中心坐标和经过保护区域中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；确定出斑块近距；
2)根据混叠点位置与斑块位置的约束关系，以及斑块区域的范围要求，调整斑块相对混叠点的延迟以及混叠点近距，使干扰形成的斑块范围满足斑块范围要求；
3)根据混叠点近距以及斑块相对混叠点的延迟，得到SAR成像坐标系下，满足斑块区域范围要求的混叠点的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，
混叠点位置与斑块位置的约束关系为：
Figure FDA0003868772420000011
其中R0'为斑块近距，R0为混叠点近距，V为SAR平台速度，t0是斑块相对混叠点的延迟，t的取值范围为
Figure FDA0003868772420000012
其中，斑块近距
Figure FDA0003868772420000013
(0,0,H)为SAR成像坐标系下，经过保护区中心坐标时的SAR天线相位中心坐标；(Xp,0,0)为SAR成像坐标系下，斑块保护区中心坐标。
4.根据权利要求3所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，
斑块区域的范围要求中，斑块斜距宽度：
Figure FDA0003868772420000021
其中，T为合成孔径时间。
5.根据权利要求3所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，
斑块区域的范围要求中，斑块方位宽度：
Figure FDA0003868772420000022
6.根据权利要求3所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，
调整斑块相对混叠点的延迟t0，生成符合斑块区域范围要求的斑块，确定混叠点近距R0；
将斑块相对混叠点的延迟t0、混叠点近距R0转换到SAR成像坐标系中，得到混叠点位置坐标(Xh，Yh)为：
Figure FDA0003868772420000023
Yh＝Vt0。
7.根据权利要求2所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，步骤S3包括：
1)根据SAR天线相位中心坐标、混叠点坐标和干扰机坐标计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离Rsh、干扰机到SAR的距离Rsh；
2)干扰机接收到SAR发射的信号后，根据Rsh和Rsj对接收到SAR发射的信号进行距离上的延迟和相位上的调制，使干扰机转发出的信号到达SAR接收机时与从混叠点到达SAR接收机的信号一致。
8.根据权利要求7所述的SAR斑块干扰方法，其特征在于，
SAR成像坐标系下，SAR天线相位中心坐标为(0,Vt,H)，混叠点坐标为(Xh,Yh,0)，干扰机坐标为(Xj,Yj,0)；
根据坐标关系计算出混叠点到SAR天线相位中心的距离为：
Figure FDA0003868772420000031
根据坐标关系计算出干扰机到SAR的距离为：
Figure FDA0003868772420000032
9.一种基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，其特征在于，包括：
斑块位置坐标位置确定模块，用于根据保护区域、干扰机和SAR平台的空间几何关系，确定出SAR成像坐标系下，SAR斑块干扰在SAR图像中的位置坐标；
混叠点位置坐标位置确定模块，用于根据斑块在SAR图像中的位置坐标，以及混叠点位置与斑块位置的约束关系，确定出混叠点在SAR图像中的位置坐标；
干扰信号形成模块，用于根据SAR图像中混叠点、干扰机以及SAR平台的位置关系，采用生成混叠点SAR回波方法，在SAR图像中保护区域位置形成SAR斑块的压制干扰。
10.一种干扰机，其特征在于，内置如权利要求9所述的基于混叠点特性的SAR斑块干扰的装置，对于保护区域的SAR成像侦察产生SAR斑块干扰，防护保护区域。
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