CN116047428A - 基于混合域高效航迹偏移补偿的sar欺骗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，包括：在SAR雷达进入干扰机侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；在方位频域对干扰机欺骗模板进行方位聚焦和距离徙动补偿计算，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板；在SAR雷达进入干扰区域后的实时调制，在方位时域对初始化模板进行耦合项分解后的航迹偏移量补偿，在方位时域逐脉冲构建出实时SAR系统相关滤波器；将实时SAR系统相关滤波器与干扰机相关滤波器在距离频域相乘，得到非直线航迹干扰频域响应函数，与截获的SAR信号进行卷积运算获得非直线航迹SAR欺骗干扰信号后进行转发。

Description

基于混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法

技术领域

本发明属于合成孔径雷达对抗领域，尤其是涉及一种基于混合域高效航迹偏移补偿的SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)欺骗干扰方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)由于其全天时、全天候、处理增益高强、强穿透力等优势，对高价值战略目标构成极大的威胁。因此如何干扰SAR侦察，有效防护重要装备、要点要地目标不受SAR监视具有极其紧迫的现实需求。

SAR欺骗干扰是SAR干扰技术中的重要组成部分，欺骗干扰通过在SAR雷达图像中植入虚假电磁特征，在不引起敌方意识的情况下混淆目标识别，具有较低的功耗和更灵活的应用场景。传统的SAR欺骗干扰主要是按照SAR的理想直线航迹，通过对截获的SAR信号进行调制运算并转发形成对SAR的干扰信号。然而在实际飞行中，由于气流扰动以及平台自身的不平稳，SAR是非直线航迹，通常通过采用运动补偿的成像方法实现成像。如果按照理想直线航迹，通过对截获的SAR信号进行调制运算并转发形成对SAR的干扰信号会造成SAR欺骗干扰的假目标在距离压缩后出现位置偏移，在方位压缩后出现主瓣展宽或者成对回波，甚至淹没在杂波之中。

现有的SAR欺骗干扰高效方法都是针对直线航迹的，对于非直线航迹SAR，要实施欺骗干扰，只能采用逐点叠加直接计算(SA)干扰方法，SA方法因为逐点计算且没有近似，所以计算精度高，但SA方法干扰信号生成效率低，难以应用于实际SAR对抗系统中的问题。针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于混合域高效(Efficient Hybrid Domain，EHD)航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，可通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和复数乘法来避免SA方法中的二重积分运算，在方位频域中快速计算欺骗干扰模板的理想航迹干扰频域响应函数。通过分解轨迹偏移与理想直线航迹干扰频域响应函数的耦合项，在方位时域进行灵活的实时轨迹偏移项补偿。在保证精度的同时大幅提高了信号生成效率，解决了现有技术SAR欺骗干扰不能适应于非直线航迹或者干扰信号生成效率较低，难以应用于实际SAR对抗系统中的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，在SAR雷达进入干扰机侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；在方位频域对干扰机欺骗模板进行方位聚焦和距离徙动补偿计算，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板；在SAR雷达进入干扰区域后的实时调制，在方位时域对初始化模板进行耦合项分解后的航迹偏移量补偿，在方位时域逐脉冲构建出实时SAR系统相关滤波器；将实时SAR系统相关滤波器与干扰机相关滤波器在距离频域相乘，得到非直线航迹干扰频域响应函数，与截获的SAR信号进行卷积运算获得非直线航迹SAR欺骗干扰信号后进行转发。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，包括以下步骤：

步骤一：在SAR雷达进入干扰机侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

步骤二：在方位频域对干扰机欺骗模板进行方位聚焦和距离徙动补偿计算，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板；

步骤三：在方位时域对初始化模板进行耦合项分解后的航迹偏移量补偿，在方位时域逐脉冲构建出实时SAR雷达参数相关滤波器；

步骤四：将实时SAR雷达参数相关滤波器与干扰机相关滤波器在距离频域相乘，得到非直线航迹干扰频域响应函数，与截获的SAR雷达发射信号进行卷积运算获得非直线航迹SAR欺骗干扰信号后进行转发。

进一步地，所述步骤一包括：

步骤1.1，侦收需要获取的SAR雷达的相关参数，所述相关参数包括以下三种：

(1)平台参数，平台飞行高度H，平台速度v；

(2)天线参数，天线下视角θ₀，合成孔径长度L_a；

(3)信号参数，信号载频f，信号带宽Δf，脉冲持续时间T_r和脉冲重复间隔T_p；

在SAR雷达进入干扰机的侦收范围后，初步获取SAR雷达的相关参数；通过平台参数和天线参数计算并预估SAR理想直线航迹，通过天线参数和信号参数实现SAR理想直线航迹的干扰频域响应函数构建；当干扰对象为非直线航迹SAR时，在实时调制阶段逐脉冲获取SAR的非直线航迹并计算航迹偏移量，用于轨迹偏移补偿，生成SAR实际非直线航迹的干扰频域响应函数；

步骤1.2，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

将预干扰区域斜距平面(x_P，r_P)进行等间隔采样，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特性，在每个采样位置上设定虚假散射中心的雷达后向散射系数，得到干扰机欺骗模板σ[x_P，r_P]：

σ[x_P，r_P]＝∑_m∑_nσ(x_P，r_P)·δ(x_P-mΔu，r_P-nΔv)  (1)

其中，x_P、r_P分别代表虚假点目标在预干扰区域中的距离向位置和方位向位置，m、n为整数，分别代表虚假点目标在距离向和方位向的序号，δ(·，·)为二维Dirac函数，Δu、Δv分别代表预干扰区域在距离向和方位向的采样间隔，∑为求和符号；

在侦收之后，进行非直线航迹的SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)的生成；传统逐点叠加直接计算方法的H_trans，P(x′，η)表达式为：

其中，η＝4πf_r/c代表距离空间频率，rect(·)为距离向矩形窗函数，T_r为信号脉宽，w(·)为方位向天线方向图矩形窗函数，x_P为目标点的方位向位置，r_P为目标点的距离向位置，x′为SAR雷达的实际方位向位置，j表示虚数单位，exp(·)为指数函数，c为光速，

代表距离空间带宽，Δf为信号带宽，L_a为合成孔径长度，λ为波长，ΔR(x′-x_P，r_P)为P点理想直线斜距中的方位向空变项，w(·)为天线方位窗增益；

通过方位向傅里叶变换，并通过时域项和频域项的卷积定理代换，采用FFT和复数乘法避免传统干扰频域响应函数中H_trans，P(x′，η)的二重积分运算；并通过波束中心近似分解轨迹偏移航迹与理想直线航迹干扰频域响应函数的耦合项，整理积分后得到H_trans，P(x′，η)的混合域高效调制方法：

其中，ψ(x′，r_P)为距离向空变偏移量，δr(x′)为场景不变航迹偏移量；G_A(ξ，r_P)为理想直线航迹干扰频域响应函数的聚焦深度项，G_B(η)为距离空间频域窗函数。

进一步地，所述步骤二包括在方位频域计算方位聚焦和距离徙动补偿后的欺骗模板方位频域滤波器H_diff(ξ，r_P)，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板H_ini(x′，r_P)；包括：

步骤2.1，对欺骗模板进行理想直线航迹斜距相位补偿：

其中，h_P(x_P，r_P)为带有理想直线航迹斜距相位的欺骗干扰模板；

步骤2.2，在方位频域进行方位聚焦和距离徙动补偿，得到理想直线航迹干扰频域响应函数的方位频域表达式：

H_diff(ξ，r_P)＝G_A(ξ，r_P)FT_x(h_P(x_P，r_P))    (5)

其中，G_A(ξ，r_P)代表聚焦深度项，其计算公式如下：

其中，j为虚数单位，ξ为方位空间频率，ξ＝2πf_a/v，其中f_a为方位频率；Ω_x为方位空间带宽，

R₀为场景中心斜距；

步骤2.3，通过方位向逆傅里叶变换计算初始化模板H_ini(x′，r_P)：

H_ini(x′，r_P)＝IFT_ξ[H_diff(ξ，r_P)]  (7)

其中，IFT_ξ为方位向频域的傅里叶逆变换。

进一步地，所述步骤三包括：在SAR雷达进入干扰区域后进行实时调制，在方位时域对初始化模板耦合项分解后的距离向空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)进行补偿，由此在方位时域逐脉冲构建出实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)；包括：

步骤3.1，实时侦收SAR航迹偏移向量d(x′)和偏移角度β(x′)，计算当前SAR位置x′处的距离空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)，其计算公式如下：

其中，θ₀是场景中心点的天线下视角，Δr为预欺骗干扰区域中任意一个虚假点目标P位置设置到场景中心点的地距向偏移距离；

步骤3.2，对当前SAR位置处x′处的初始化模板H_ini(x′，r_P)进行距离空变偏移量ψ(x′，r_P)补偿调制，构建SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)，其调制公式如下：

其中，G_B(η)为距离空间频域窗函数，通过该函数完成距离空间频域幅度加权，其数学表达式为：

进一步地，所述步骤四包括：将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer，P(x′，η)，与截获的SAR雷达发射信号进行卷积运算后进行非直线航迹SAR欺骗干扰信号的转发；包括：

步骤4.1，将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer，P(x′，η)，调制运算表达式如下：

H_jammer，P(x′，η)＝H_trans，P(x′，η)·H_jamfilter(x′，η)  (12)

其中，干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)的计算公式如下：

其中，x_J为干扰机的方位向位置，r_J为干扰机的距离向位置，x_J为干扰机的方位向位置，R′_J为干扰机所在位置的实际非直线航迹斜距；

步骤4.2，将截获SAR信号与干扰机频域响应函数进行频域卷积运算得到转发干扰信号：

S_jammer，P(x_P，r_P|x′)＝IFT_η{FT_r[S_jammer(x′|x_J，r_J)]·H_jammer，P(x′，η)}  (14)

其中，S_jammer，P(x_P，r_P|x′)代表在SAR非直线航迹情况下，干扰机J针对的预欺骗干扰区域的欺骗干扰信号，S_jammer(x′|x_J，r_J)代表干扰机J截获的非直线航迹SAR信号，IFT_η为距离向频域的傅里叶逆变换，FT_r为距离向时域的傅里叶变换。

本发明的有益效果主要包括：

第一，本发明能有效对非直线航迹SAR进行欺骗干扰，通过在方位时域完成航迹偏移的补偿，调制计算灵活简洁。

第二，计算效率高，计算主要包括快速傅里叶变换和复数乘法，无论在初始化阶段、实时调制阶段还是干扰信号转发阶段计算量均可满足高效率欺骗干扰调制计算。

第三，干扰信号聚焦效果好，干扰信号能在大场景区域范围内实现虚假目标的良好聚焦。

综上所述，本发明适用于对抗非直线航迹SAR，实现大面积的虚假场景或散布式虚假目标的欺骗干扰。

附图说明

图1是非直线航迹SAR空间几何模型的3D视角图；

图2是非直线航迹SAR空间几何模型的2D距离向剖面视角图；

图3是基于混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法流程图；

图4是非直线航迹SAR航迹偏移垂直分量和水平分量图；

图5是P1虚假目标点的特写图像；

图6a是P1虚假目标点的距离向剖面图；

图6b是P1虚假目标点的方位向剖面图；

图7是P2虚假目标点的特写图像；

图8a是P2虚假目标点的距离向剖面图；

图8b是P2虚假目标点的方位向剖面图；

图9是P3虚假目标点的特写图像；

图10a是P3虚假目标点的距离向剖面图；

图10b是P3虚假目标点的方位向剖面图；

图11是虚假场景欺骗模板；

图12a是虚假场景欺骗模板的局部放大图；

图12b是本发明方法在SAR雷达图像中形成的虚假场景局部放大图。

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。

如图3所示，本发明的一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，主要包括以下步骤：

步骤一：侦收，在SAR雷达进入干扰机侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

步骤二：初始化，在方位频域对干扰机欺骗模板进行方位聚焦和距离徙动补偿计算，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板；

步骤三：在SAR雷达进入干扰区域后的实时调制，在方位时域对初始化模板进行耦合项分解后的航迹偏移量补偿，在方位时域逐脉冲构建出实时SAR雷达参数相关滤波器；

步骤四：干扰信号转发，将实时SAR雷达参数相关滤波器与干扰机相关滤波器在距离频域相乘，得到非直线航迹干扰频域响应函数。截获的SAR雷达发射信号通过增益控制、下变频和模拟数字转换变为SAR基带数字信号，通过傅里叶变换与非直线航迹干扰频域响应函数进行卷积运算获得非直线航迹SAR欺骗干扰信号，然后通过数字模拟变换、上变频以及增益控制操作后经干扰机发射天线完成干扰射频信号的转发。

下面结合附图对本发明作进一步解释。以正侧视SAR为例，当干扰机干扰非线性航迹SAR系统时，SAR、干扰机和欺骗干扰区域之间的几何关系如图1和图2所示。其中空间坐标系的原点O位于SAR雷达的飞行起点，X′为SAR雷达的位置。x轴指向距离方向，y轴指向方位角方向，z轴指向高度方向。向量d(x′)表示非直线航迹相对于理想直线航迹的偏移向量。矢量d(x′)的y和z分量表示SAR飞行平台相对于理想直线轨迹的水平和垂直偏移。β表示飞行轨迹偏移相对于理想直线轨迹的角度。干扰机放置在J(x_J，r_J，θ_J)，P(x_P，r_P，θ_P)是拟欺骗干扰区域中任意一个虚假点目标，其散射系数为σ(x_P，r_P)。其中，θ₀为场景中心SAR天线下视角，θ_P和θ_J是点P和J的局部视角。R′_P(x′，x_P，r_P)和R_P(x′，x_P，r_P)分别为非直线和标称航迹的SAR雷达位置中从目标P到天线的斜距。R′_J(x′，x_J，r_J)代表非直线航迹的SAR雷达位置从干扰机到天线的斜距，其中，δ_xr为目标点P_d的实际非直线航迹与理想直线航迹之差，P_d的理想直线航迹斜距与目标点P的理想直线航迹最短斜距相等。其中，H为平台飞行高度；θ₀为天线下视角。

具体地，所述步骤一包括侦收，在SAR雷达进入侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板σ[x_P，r_P]；

步骤1.1，侦收需要获取的SAR雷达的相关参数主要包括以下三种：

(1)平台参数，平台飞行高度H，平台速度v；

(2)天线参数，天线下视角θ₀，合成孔径长度L_a；

(3)信号参数，信号载频f，信号带宽Δf，脉冲持续时间T_r和脉冲重复间隔T_p；

在SAR雷达进入干扰机的侦收范围后，初步获取SAR雷达的相关参数。通过平台参数和天线参数计算并预估SAR理想直线航迹，通过天线参数和信号参数实现SAR理想直线航迹的干扰频域响应函数构建。当干扰对象为非直线航迹SAR时，需要在实时调制阶段逐脉冲获取SAR的非直线航迹并计算航迹偏移量，用于轨迹偏移补偿，生成SAR实际非直线航迹的干扰频域响应函数。

步骤1.2，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

将预干扰区域斜距平面(x_P，r_P)进行等间隔采样，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特性，在每个采样位置上设定虚假散射中心的雷达后向散射系数，得到干扰机欺骗模板σ[x_P，r_P]：

σ[x_P，r_P]＝∑_m∑_nσ(x_P，r_P)·δ(x_P-mΔu，r_P-nΔv)  (1)

其中，x_P、r_P分别代表虚假点目标在预干扰区域中的距离向位置和方位向位置，m、n为整数，分别代表虚假点目标在距离向和方位向的序号，δ(·，·)为二维Dirac函数，Δu、Δv分别代表预干扰区域在距离向和方位向的采样间隔，Σ为求和符号。

在侦收之后，主要进行非直线航迹SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)的生成。传统逐点叠加直接计算(SA)方法的H_trans，P(x′，η)表达式为：

其中，η＝4πf_r/c代表距离空间频率，rect(·)为距离向矩形窗函数，T_r为信号脉宽，w(·)为天线方向图矩形窗函数，x_P为目标点的方位向位置，r_P为目标点的距离向位置，x′为SAR雷达的实际方位向位置，j为虚数单位，exp(·)为指数函数，c为光速，

代表距离空间带宽，Δf为信号带宽，L_a为合成孔径长度，λ为波长，ΔR(x′-x_P，r_P)为P点斜距中的方位向空变项，w(·)为天线方位窗增益。

本发明通过方位向傅里叶变换，并通过时域项和频域项的卷积定理代换，采用FFT和复数乘法避免传统干扰频域响应函数中H_trans，P(x′，η)的二重积分运算。并通过波束中心近似分解轨迹偏移航迹与理想直线航迹干扰频域响应函数的耦合项，整理积分后可得到H_trans，P(x′，η)的混合域高效调制方法：

其中，ψ(x′，r_P)为距离向空变偏移量，δr(x′)为场景不变航迹偏移量。G_A(ξ，r_P)为理想直线航迹干扰频域响应函数的聚焦深度项，G_B(η)为距离空间频域窗函数。

通过式(3)，可将H_trans，P(x′，η)的计算方法分为初始化和实时调制两个步骤。初始化在方位频域中快速计算欺骗干扰模板的理想直线航迹干扰频域响应函数，实时调制在方位时域进行灵活的实时轨迹偏移项补偿，如下步骤二和步骤三所示。

步骤二：初始化，在方位频域计算方位聚焦和距离徙动补偿后的欺骗模板方位频域滤波器H_diff(ξ，r_P)，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板H_ini(x′，r_P)；该步骤通过FFT和复数乘法避免了传统干扰频域响应函数中SAR系统相关滤波器的二重积分运算。

步骤2.1，对欺骗模板进行理想直线航迹斜距相位补偿：

其中，h_P(x_P，r_P)为带有理想直线航迹斜距相位的欺骗干扰模板。

步骤2.2，在方位频域进行方位聚焦和距离徙动补偿，得到理想直线航迹干扰频域响应函数的方位频域表达式：

H_diff(ξ，r_P)＝G_A(ξ，r_P)FT_x(h_P(x_P，r_P))    (5)

其中，G_A(ξ，r_P)代表聚焦深度项，其计算公式如下：

其中，j为虚数单位，ξ为方位空间频率，ξ＝2πf_a/v，其中f_a为方位频率。Ω_x为方位空间带宽，

R₀为场景中心斜距。

步骤2.3，通过方位向逆傅里叶变换计算初始化模板H_ini(x′，r_P)：

H_ini(x′，r_P)＝IFT_ξ[H_diff(ξ，r_P)]  (7)

其中，IFT_ξ为方位向频域的傅里叶逆变换。

步骤三：在SAR雷达进入干扰区域后的实时调制，在方位时域对初始化模板耦合项分解后的距离向空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)进行补偿，由此可以在方位时域逐脉冲构建出实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)；

步骤3.1，实时侦收SAR航迹偏移向量d(x′)和偏移角度β(x′)，计算当前SAR位置x′处的距离空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)，其计算公式如下：

其中，θ₀是场景中心点的天线下视角，Δr为预欺骗干扰区域中任意一个虚假点目标P位置设置到场景中心点的地距向偏移距离。

步骤3.2，对当前SAR位置处x′处的初始化模板H_ini(x′，r_P)进行距离空变偏移量ψ(x′，r_P)补偿调制，构建SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)，其调制公式如下：

其中，G_B(η)为距离空间频域窗函数，通过该函数完成距离空间频域幅度加权，其数学表达式为：

步骤四：干扰信号转发，将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(X′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer，P(x′，η)，与截获SAR信号进行卷积运算后进行非直线航迹SAR欺骗干扰信号的转发；

步骤4.1，将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer，P(x′，η)，调制运算表达式如下：

H_jammer，P(x′，η)＝H_trans，P(x′，η)·H_jamfilter(x′，η)  (12)

其中，干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)的计算公式如下：

其中，x_J为干扰机的方位向位置，r_J为干扰机的距离向位置，x_J为干扰机的方位向位置，R′_J为干扰机所在位置的实际非直线航迹斜距。

步骤4.2，将截获SAR雷达发射信号与干扰机频域响应函数进行频域卷积运算得到转发干扰信号：

S_jammer，P(x_P，r_P|x′)＝IFT_η{FT_r[S_jammer(x′|x_J，r_J)]·H_jammer，P(x′，η))  (14)

其中，S_jammer，P(x_P，r_P|x′)代表在SAR非直线航迹情况下，干扰机J针对的预欺骗干扰区域的欺骗干扰信号，S_jammer(x′|x_J，r_J)代表干扰机J截获的非直线航迹SAR信号。其中，IFT_η为距离向频域的傅里叶逆变换，FT_r为距离向时域的傅里叶变换。

为了验证本发明的有效性，本发明进行了如下仿真。假设SAR雷达航迹存在水平航迹和垂直航迹上的偏移，如图4，其中水平方向上航迹偏移的函数形式为y(x)＝0.2sin(pi/200x)+0.2cos(pi/600x)+0.1rand，垂直方向上的航迹偏移函数形式为y(x)＝0.225sin(pi/200x)+0.225cos(pi/600x)+0.1rand。并设置SAR参数如表1。

表1

第一组仿真实验利用本发明的方法产生单个虚假点目标的干扰信号，其中点目标在拟欺骗干扰区域中的坐标为P1(x_P，r_P)＝(-1.5km，-1.5km)，P2(x_P，r_P)＝(0km，0km)，P3(x_P，r_P)＝(1.5km，1.5km)。图5，图6a，图6b，图7，图8a，图8b，图9，图10a，图10b展示了以本发明的方法实现的干扰信号在SAR雷达中成像后的点目标特写图像、距离向剖面和方位向剖面，将本发明产生的虚假点目标和SAR真实散射点目标(RS)、SAR逐点叠加直接计算(SA)进行指标对比分析，包括3dB脉冲响应宽度(IRW)、峰值旁瓣比(PSLR)和积分旁瓣比(ISLR)，如表2。

表2

表2的最后两列列出了所有三个散射点的统计指数，包括平均值和标准差(STD)。理论和仿真实验结果表明，本发明产生的欺骗干扰信号逼真再造了非直线航迹SAR雷达回波特性，其成像结果能够在较大场景干扰范围的情况下，逼近SAR雷达的真实散射点目标分辨率。

第二组仿真实验利用本发明方法产生一个虚假场景，其中虚假场景的欺骗模板如图11所示。图12a，图12b展示了以本发明的方法实现的干扰信号在SAR雷达中成像后的图像局部。可以发现，本发明产生的欺骗干扰信号可以在对抗非直线航迹SAR时，很好的保留虚假场景点、线、面和明暗度等欺骗电磁特征，达到逼真的欺骗效果。我们在一个具有256GB内存和AMD Ryzen Threadripper PRO 5975WX CPU的电脑上使用MATLAB来模拟上述的虚假场景，分别使用了RS，SA和EHD方法来比较调制计算效率，每个方法消耗的时间如表3所示，可以发现EHD方法需要的调制时间最短。

表3

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在SAR雷达进入干扰机侦收范围后，获取SAR雷达的相关参数，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

步骤二：在方位频域对干扰机欺骗模板进行方位聚焦和距离徙动补偿计算，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板；

步骤三：在方位时域对初始化模板进行耦合项分解后的航迹偏移量补偿，在方位时域逐脉冲构建出实时SAR雷达参数相关滤波器；

步骤四：将实时SAR雷达参数相关滤波器与干扰机相关滤波器在距离频域相乘，得到非直线航迹干扰频域响应函数，与截获的SAR雷达发射信号进行卷积运算获得非直线航迹SAR欺骗干扰信号后进行转发。

2.根据权利要求1所述的一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，所述步骤一包括：

步骤1.1，侦收需要获取的SAR雷达的相关参数，所述相关参数包括以下三种：

(1)平台参数，平台飞行高度H，平台速度v；

(2)天线参数，天线下视角θ₀，合成孔径长度L_a；

(3)信号参数，信号载频f，信号带宽Δf，脉冲持续时间T_r和脉冲重复间隔T_p；

在SAR雷达进入干扰机的侦收范围后，初步获取SAR雷达的相关参数；通过平台参数和天线参数计算并预估SAR理想直线航迹，通过天线参数和信号参数实现SAR理想直线航迹的干扰频域响应函数构建；当干扰对象为非直线航迹SAR时，在实时调制阶段逐脉冲获取SAR的非直线航迹并计算航迹偏移量，用于轨迹偏移补偿，生成SAR实际非直线航迹的干扰频域响应函数；

步骤1.2，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特征，构建干扰机欺骗模板；

将预干扰区域斜距平面(x_P,r_P)进行等间隔采样，根据干扰拟在SAR图像中产生的虚假电磁特性，在每个采样位置上设定虚假散射中心的雷达后向散射系数，得到干扰机欺骗模板σ[x_P,r_P]：

其中，x_P、r_P分别代表虚假点目标在预干扰区域中的距离向位置和方位向位置，m、n为整数，分别代表虚假点目标在距离向和方位向的序号，δ(·，·)为二维Dirac函数，Δu、Δv分别代表预干扰区域在距离向和方位向的采样间隔，∑为求和符号；

在侦收之后，进行非直线航迹的SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)的生成；传统逐点叠加直接计算方法的H_trans，P(x′，η)表达式为：

其中，η＝4πf_r/c代表距离空间频率，rect(·)为距离向矩形窗函数，T_r为信号脉宽，w(·)为方位向天线方向图矩形窗函数，x_P为目标点的方位向位置，r_P为目标点的距离向位置，x′为SAR雷达的实际方位向位置，j表示虚数单位，exp(·)为指数函数，c为光速，

代表距离空间带宽，Δf为信号带宽，L_a为合成孔径长度，λ为波长，ΔR(x′-x_P，r_P)为P点理想直线斜距中的方位向空变项，w(·)为天线方位窗增益；

通过方位向傅里叶变换，并通过时域项和频域项的卷积定理代换，采用FFT和复数乘法避免传统干扰频域响应函数中H_trans，P(x′，η)的二重积分运算；并通过波束中心近似分解轨迹偏移航迹与理想直线航迹干扰频域响应函数的耦合项，整理积分后得到H_trans，P(x′，η)的混合域高效调制方法：

其中，ψ(x′，r_P)为距离向空变偏移量，δr(x′)为场景不变航迹偏移量；G_A(ξ，r_P)为理想直线航迹干扰频域响应函数的聚焦深度项，G_B(η)为距离空间频域窗函数。

3.根据权利要求2所述的一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，所述步骤二包括在方位频域计算方位聚焦和距离徙动补偿后的欺骗模板方位频域滤波器H_diff(ξ，r_P)，然后进行方位向傅里叶逆变换得到初始化模板H_ini(x′，r_P)；包括：

步骤2.1，对欺骗模板进行理想直线航迹斜距相位补偿：

其中，h_P(x_P，r_P)为带有理想直线航迹斜距相位的欺骗干扰模板；

步骤2.2，在方位频域进行方位聚焦和距离徙动补偿，得到理想直线航迹干扰频域响应函数的方位频域表达式：

H_diff(ξ，r_P)＝G_A(ξ，r_P)FT_x(h_P(x_P，r_P))    (5)

其中，G_A(ξ，r_P)代表聚焦深度项，其计算公式如下：

其中，j为虚数单位，ξ为方位空间频率，ξ＝2πf_a/v，其中f_a为方位频率；Ω_x为方位空间带宽，

R₀为场景中心斜距；

步骤2.3，通过方位向逆傅里叶变换计算初始化模板H_ini(x′，r_P)：

H_ini(x′，r_P)＝IFT_ξ[H_diff(ξ，r_P)]   (7)

其中，IFT_ξ为方位向频域的傅里叶逆变换。

4.根据权利要求3所述的一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，所述步骤三包括：在SAR雷达进入干扰区域后进行实时调制，在方位时域对初始化模板耦合项分解后的距离向空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)进行补偿，由此在方位时域逐脉冲构建出实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)；包括：

步骤3.1，实时侦收SAR航迹偏移向量d(x′)和偏移角度β(x′)，计算当前SAR位置x′处的距离空变偏移量ψ(x′，r_P)和场景不变航迹偏移量δr(x′)，其计算公式如下：

其中，θ₀是场景中心点的天线下视角，Δr为预欺骗干扰区域中任意一个虚假点目标P位置设置到场景中心点的地距向偏移距离；

步骤3.2，对当前SAR位置处x′处的初始化模板H_ini(x′，r_P)进行距离空变偏移量ψ(x′，r_P)补偿调制，构建SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)，其调制公式如下：

其中，G_B(η)为距离空间频域窗函数，通过该函数完成距离空间频域幅度加权，其数学表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种混合域高效航迹偏移补偿的SAR欺骗干扰方法，其特征在于，所述步骤四包括：将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer，P(x′，η)，与截获的SAR雷达发射信号进行卷积运算后进行非直线航迹SAR欺骗干扰信号的转发；包括：

步骤4.1，将实时SAR系统相关滤波器H_trans，P(x′，η)与干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)在距离频域相乘得到干扰机频域响应函数H_jammer,P(x′，η)，调制运算表达式如下：

H_jammer,P(x′，η)＝H_trans，P(x′，η)·H_jamfilter(x′，η)     (12)

其中，干扰机相关滤波器H_jamfilter(x′，η)的计算公式如下：

其中，x_J为干扰机的方位向位置，r_J为干扰机的距离向位置，x_J为干扰机的方位向位置，R′_J为干扰机所在位置的实际非直线航迹斜距；

步骤4.2，将截获SAR信号与干扰机频域响应函数进行频域卷积运算得到转发干扰信号：

S_jammer，P(x_P，r_P|x′)＝IFT_η{FT_r[S_jammer(x′|x_J，r_J)]·H_jammer，P(x′，η)}    (14)

其中，S_jammer,P(x_P，r_P|x′)代表在SAR非直线航迹情况下，干扰机J针对的预欺骗干扰区域的欺骗干扰信号，S_jammer(x′|x_J，r_J)代表干扰机J截获的非直线航迹SAR信号，IFT_η为距离向频域的傅里叶逆变换，FT_r为距离向时域的傅里叶变换。

Images