CN117872290A - 一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法及系统，该方法为：利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有相应微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；利用相位编码超表面，对快慢时间维进行联合移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。本发明能够实现雷达多维特征调控，有效实现对雷达的欺骗，具有高相似度、设计灵活、实现成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及超表面技术领域，特别是一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法及系统。
背景技术
欺骗式干扰是一种电子干扰方式，旨在通过发射或调制信号来欺骗对方电子信息设备或操作人员，使对方难以区分真假信号，从而产生错误判断和错误行动。近些年来，电磁超表面的越来越多地被应用于对电磁波进行调控和对雷达进行欺骗干扰。
电磁控制表面可以通过改变二极管或电压在不同的反射特性之间快速切换，并达到时域调制的目的。以距离特征调控为例，对于雷达发射的线性调频（Linear FrequencyModulation，LFM），相位编码超表面可以在快时间维度中改变超表面的反射相位，对雷达发射的LFM进行频移干扰，实现距离上的伪装。例如，文献1（X. Fang et al., "DiverseFrequency Time Modulation for Passive False Target Spoofing: Design andExperiment," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.）提出了利用超表面频率分集的方法，对LFM进行不同的频移调制，从而对雷达实现多个距离假目标。文献2（H. Xu, Y. Quan, X. Zhou, H. Chen and T. J. Cui, "A Novel Approachfor Radar Passive Jamming Based on Multiphase Coding Rapid Modulation," inIEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 61, pp. 1-14, 2023.）提出了超表面快慢时间联合调制的方法，实现了对雷达探测RD图生成假目标。然而这些方法只是对雷达距离和速度特征调控，并没有考虑到被探测物体的微动特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法及系统，通过对目标距离、速度及微动特征的调控，从而有效地对雷达探测产生欺骗式干扰。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，包括以下步骤：
步骤1、利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
步骤2、利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
步骤3、利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
步骤4、利用相位编码超表面，对快慢时间维进行联合移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控系统，该系统用于实现所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，所述系统包括距离特征调控模块、速度特征调控模块、微动特征调控模块、联合特征调控模块，其中：
距离特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
速度特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
微动特征调控模块，利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
联合特征调控模块，利用相位编码超表面，同时对快慢时间维移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）兼顾了对雷达探测目标距离、速度特征的调控；（2）考虑了微动特征作为雷达探测的一种重要手段，对雷达探测目标微动特征进行调控；（3）将快慢时间调制相结合，同时实现距离、速度、微动的特征调控，具有相似度高、欺骗效果好的特点。
附图说明
图1是本发明基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法及系统的流程示意图。
图2是本发明实施例中未经过超表面调制的目标距离结果图。
图3是本发明实施例中经过2bit相位编码超表面对快时间维进行2.5kHz频移后的目标距离结果图。
图4是本发明实施例中对雷达回波慢时间维进行FFT未经过超表面调制的速度结果图。
图5是本发明实施例中对雷达回波慢时间维进行FFT经过2bit相位编码超表面对慢时间维进行200Hz频移后的速度结果图。
图6是本发明实施例中锥体目标的进动示意图。
图7是本发明实施例中锥体目标的微动特征时频图。
图8是本发明实施例中超表面调制后的微动特征时频图。
图9是本发明实施例中未经过超表面调制的雷达回波RD图。
图10是本发明实施例中经过2bit相位编码超表面对快时间维进行2.5kHz频移，慢时间维进行200Hz频移后的雷达回波RD图。
图11是本发明实施例中超表面调控锥体目标距离、速度、微动特征结果的回波RD图。
图12是本发明实施例中超表面调控锥体目标距离、速度、微动特征结果的回波时频图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
结合图1，本发明一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，包括以下步骤：
步骤1、利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
步骤2、利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
步骤3、利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
步骤4、利用相位编码超表面，对快慢时间维进行联合移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
作为一种具体示例，步骤1中的快时间维是指雷达发射的线性调频LFM单个脉冲的时间维度，用于脉冲串处理时，对一个脉冲重复周期PRP进行采样，匹配滤波后计算出目标与雷达之间的距离，因此对快时间维调制能够实现距离特征调控。
作为一种具体示例，步骤1中，利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控，具体如下：
步骤1.1、线性调频LFM广泛应用于脉冲压缩雷达，具有大时宽带宽积，可获得较高的距离分辨率，雷达发射波可以表示为：
（1）
其中
（2）
其中，和分别代表快时间和慢时间，为虚数单位，为载波频率，和分别为线性调频LFM的脉冲宽度和啁啾率；
通过相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，实现匹配滤波器错位匹配，从而产生距离上的假目标；
步骤1.2、超表面反射系数相位随时间作线性变化实现对电磁波的移频，超表面单元只能在范围内对反射系数相位进行离散，即 相位可调超表面，为离散个数，反射系数幅值保持在1不变，反射系数相位离散为种状态，相邻状态的相位差为，实现多普勒频移量时反射系数的表达式为：
（3）
其中，为超表面不同状态的编码，表示反射系数在时刻的取值，为调制周期，为每个调制状态下反射系数的幅值，为每个调制状态下反射系数的相位，当超表面反射系数相位随时间增加时，对反射波实现蓝移，；随时间减小时，对反射波实现红移，；
步骤1.3、将超表面反射系数的傅里叶级数表示为：
（4）
其中，代表谐波阶数，为阶谐波幅度；
对于相位可调超表面，其中一阶谐波幅度与其他谐波幅度隔离度较高，因此可以近似处理：
（5）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤1.4、经过超表面频移调制后，雷达回波表达式为：
（6）
其中，为雷达发射波从发射到接收的时间延时；
雷达接收机通过对回波进行匹配滤波处理，将回波压缩成窄脉冲串，得到目标与雷达的距离，同时保持了较高的距离分辨率，获得了较强的宽脉冲探测能力；
步骤1.5、匹配滤波器系数时域表示式为：
（7）
其中，为回波的反褶共轭；
对超表面调制后的雷达回波做匹配滤波处理后结果为：
（8）
（9）
其中为超表面与雷达的距离，为回波延时，为电磁波传播速度，为线性调频波带宽；
步骤1.6、经过匹配滤波处理后，结果中的幅度项包含了项，计算经过超表面调制后等效回波延时及距离：
（10）
（11）
可以看出匹配滤波器错位匹配，从而产生距超表面的假目标，实现了雷达探测目标距离特征的调控。
作为一种具体示例，步骤2中的慢时间维是指线性调频LFM脉冲串之间的时间维度，通过计算慢时间维的多普勒频率，即计算出目标速度，因而对慢时间维的调制能够实现速度特征调控。
作为一种具体示例，步骤2中，利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，调制频率为，调制周期为，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控，具体如下：
步骤2.1、超表面慢时间频移调制，反射系数为：
（12）
其中，为超表面调制周期；
超表面反射系数的傅里叶级数表示为：
（13）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤2.2、经过超表面慢时间频移调制后，雷达回波表达式为：
（14）
其中，为超表面与雷达的距离，为线性调频LFM载波波长，为超表面调制频率；
步骤2.3、对慢时间项做快速傅里叶变换FFT，计算出多普勒频率目标速度：
（15）
（16）
其中，为超表面运动速度；
雷达发射波经过超表面调制后，产生了与超表面速度相差的假目标，实现了雷达探测目标速度特征调控。
作为一种具体示例，步骤3中的微动特征，具体如下：
在雷达探测中，目标结构的机械振动、运动或者旋转会对返回的信号产生额外的频率调制，并产生关于目标多普勒频率的边带，产生的瞬时多普勒频率是时变函数，即微多普勒现象，超表面对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，即能够实现微动特征调控。
作为一种具体示例，步骤3中，利用相位编码超表面，对微动假目标的为微多普勒频率进行拟合，从而产生了具有相应微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控，具体如下：
步骤3.1、设定目标物体散射点与雷达的距离随时间变化为，，表示目标中心距雷达的距离，表示散射中心到目标中心的微运动距离，则雷达回波表达式为：
（17）
（18）
其中为目标物体散射点的散射率；为散射中心坐标位置，为雷达回波相位；
步骤3.2、散射点微运动形成的微多普勒频率随时间变化的表达式为：
（19）
步骤3.3、由式（19）可以看到，构成目标微动特征的微多普勒频率本质是回波相位随时的变化，利用相位编码超表面，拟合目标回波相位变化，实现微动特征调控，以超表面为例，反射系数随时间变化，表达式为：：
（20）
（21）
通过超表面反射系数相位对目标散射体回波相位的拟合，能够实现对目标物体微多普勒频率的拟合，实现雷达的微动特征调控。
作为一种具体示例，步骤4中利用相位编码超表面，对快慢时间维和微多普勒频移进行联合调制，同时实现距离、速度、微动的特征调控，具体如下：
步骤4.1、当雷达接收机以采样率对回波进行采样时，在一个脉冲重复周期PRP内收集了个距离门的数据，即快时间维数据，为脉冲重复时间；当接收到个脉冲重复周期PRP后，在每个距离门中就接收到了个数据，即慢时间维数据，得到的数据矩阵；对每一行快时间维做匹配滤波，得到雷达回波延时信息，由于雷达的回波延时与雷达与目标之间的距离有关，因此将横轴等效为距离轴；对匹配滤波后的二维矩阵每列慢时间维做FFT，得到相应距离门的多普勒频率，频率与目标速度有关，将纵轴转换为速度轴，绘制出雷达回波的距离-多普勒RD图；同样对匹配滤波后的二维矩阵按列做同步压缩变换SST，得到相应距离门的时频图；
步骤4.2、利用相位编码超表面实现距离、速度的特征调控，对距离-多普勒RD图进行干扰：在快时间维，对雷达发射波做移频干扰，匹配滤波器错位匹配，从而产生距离上的假目标；在慢时间维，对雷达发射波做移频调制，产生速度假目标；对于相位可调超表面，反射系数相位的编码序列为，为矩阵行数，为列数。每行为一个脉冲重复周期PRP的调制序列，不同的行代表对不同的PRP进行调制：
（22）
在快时间维实现的频移调制，在慢时间维实现的频移调制，产生与距离相差、与速度相差的假目标，实现雷达探测目标距离、速度特征的同时调控；
步骤4.3、利用相位编码超表面实现距离、速度、微动的特征调控，对RD图产生干扰的同时，使假目标具有相应微动特征：
快时间维实现频移调制，超表面反射系数相位编码序列的第一行为的序列，调制频率为；
慢时间维拟合运动目标回波相位变化，对于多个脉冲重复周期PRP，超表面反射系数相位编码序列为：
（23）
（24）
其中为根据需要实现的假目标回波相位随时间变化的离散；
为目标运动产生的相位变化，包括物体的平动和微运动，因此经过超表面调制后，产生距离相差，具有相应速度及微动特征的假目标，实现雷达探测目标距离、速度、微动特征的同时调控。
本发明还提供一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控系统，该系统用于实现所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，所述系统包括距离特征调控模块、速度特征调控模块、微动特征调控模块、联合特征调控模块，其中：
距离特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
速度特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
微动特征调控模块，利用相位编码超表面，在对微动假目标微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
联合特征调控模块，利用相位编码超表面，同时对快慢时间维移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
本发明还提供一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例
结合图1，本实施例提供一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，包括以下步骤：
步骤1、利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，从而产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控，具体如下：
步骤1.1、线性调频LFM广泛应用于脉冲压缩雷达，具有大时宽带宽积，可获得较高的距离分辨率，雷达发射波可以表示为：
（1-1）
其中
（1-2）
其中和分别代表快时间和慢时间，为载波频率，和为LFM的脉冲宽度和啁啾率。
具体来说，本实施例中LFM，，，，，为脉冲重复时间，为LFM带宽；
通过相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，实现匹配滤波器错位匹配，从而产生距离上的假目标；
步骤1.2、超表面反射系数相位随时间作线性变化实现对电磁波的移频，超表面单元只能在范围内对反射系数相位进行离散，即 相位可调超表面，为离散个数，反射系数幅值保持在1不变，反射系数相位离散为种状态，相邻状态的相位差为，实现多普勒频移量时反射系数的表达式为：
（1-3）
其中，为超表面不同状态的编码，表示反射系数在时刻的取值，为调制周期，为每个调制状态下反射系数的幅值，为每个调制状态下反射系数的相位，当超表面反射系数相位随时间增加时，对反射波实现蓝移，；随时间减小时，对反射波实现红移，。
步骤1.3、将超表面反射系数的傅里叶级数表示为：
（1-4）
代表谐波阶数，为阶谐波幅度;
对于2bit相位可调超表面，其中一阶谐波幅度与其他谐波幅度隔离度较高，因此可以近似处理：
（1-5）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤1.4、经过超表面频移调制后，雷达回波为：
（1-6）
雷达接收机通过对回波进行匹配滤波处理，将回波压缩成窄脉冲串，得到目标与雷达的距离，同时保持了较高的距离分辨率，获得了较强的宽脉冲探测能力；
步骤1.5、匹配滤波器系数时域表示式为：
（1-7）
对超表面调制后的雷达回波做匹配滤波处理：
（1-8）
（1-9）
其中，为超表面与雷达的距离，为回波延时，为电磁波传播速度；
步骤1.6、经过匹配滤波处理后，结果中的幅度项包含了项，计算经过超表面调制后等效回波延时及距离：
（1-10）
（1-11）
本实施例中，相位编码超表面对LFM快时间维实现了的频移干扰，对比超表面调制前雷达回波的匹配滤波结果如图2所示，经过超表面调制后的匹配滤波结果在距离上移动了375m如图3所示，实现了对雷达探测目标距离特征的调控。
步骤2、利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，从而产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控，具体如下：
通过相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维做移频干扰，调制频率为，调制周期为，从而产生速度上的假目标。
步骤2.1、慢时间调制超表面的反射系数为：
（1-12）
超表面反射系数的傅里叶级数表示为：
（1-13）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤2.2、经过超表面慢时间频移调制后，雷达回波为：
（1-14）
其中为超表面与雷达的距离，为线性调频LFM载波波长，为超表面调制频率；
步骤2.3、对慢时间项做快速傅里叶变换FFT，计算出多普勒频率和目标速度：
（1-15）
（1-16）
本实施例中，相位编码超表面对LFM慢时间维实现了的频移干扰，对比超表面调制前慢时间维FFT结果如图4所示，经过超表面调制后的结果如图5所示在速度上相差了2.61，实现了对雷达探测目标速度特征调控。
步骤3、利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，从而产生了具有相应微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控，具体如下：
步骤3.1、本实施例中以锥体目标为例，结合图6，锥体目标的进动示意图，微动特性参数为：进动频率，进动角，自旋频率，其中进动角频率为，自旋角频率为。
雷达照射方向为，则散射点与雷达的径向距离为：
（1-17）
其中为雷达与坐标原点的距离；
雷达发射信号与回波信号的数学表达式分别为：
（1-18）
（1-19）
其中是P点的散射率，是关于目标坐标的函数；为电磁波的基频，是电磁波的波长；
步骤3.2、通过获取相位关于时间的导数，从而获得目标微动引起的微多普勒频移：
（1-20）
（1-21）
其中为弹道目标的总高度，为弹道目标的质心高度，为弹道目标锥底半径，即，，；
设定雷达姿态角为雷达入射方向与自旋轴的夹角，雷达姿态角计算公式为：
（1-22）
其中时刻自旋轴方向单位向量为；
通过公式（1-17）计算可得散射点A微动引起的A与雷达的距离为：
（1-23）
通过公式（1-21）可得锥顶散射点A的微多普勒表达式：
（1-24）
利用SST对目标回波进行时频分析，本实施例中设锥体进动角，雷达入射角，进动频率，可以得到的锥顶散射中心A理论微多普勒曲线如图7所示。
步骤3.3、利用相位编码超表面，拟合目标回波相位变化，实现微动特征调控；将式（1-17）带入式（1-20）中得到经过目标锥体散射中心A反射的雷达回波相位：
（1-25）
以超表面为例，反射系数为：
（1-26）
（1-27）
其中为正整数，利用同步压缩变换对调制后的反射回波进行时频分析，可以得到经过超表面相位调制后的微多普勒曲线如图8所示。
对比图7、图8，相似度达0.9以上，可以看出超表面非常好地拟合了锥体目标散射中心A产生的微多普勒曲线图，从而对雷达产生了具有相应微动特征的假目标，实现了对雷达探测目标微动特征调控。
步骤4、利用相位编码超表面，对快慢时间维和微多普勒频移进行联合移频干扰，同时实现距离、速度、微动的特征调控，具体如下：
步骤4.1、当雷达接收机以采样率对回波进行采样时，在一个脉冲重复周期PRP内收集了个距离门的数据，即快时间维数据，为脉冲重复时间；当接收到个脉冲重复周期PRP后，在每个距离门中就接收到了个数据，即慢时间维数据，得到的数据矩阵；对每一行快时间维做匹配滤波，得到雷达回波延时信息，由于雷达的回波延时与雷达与目标之间的距离有关，因此将横轴等效为距离轴；对匹配滤波后的二维矩阵每列慢时间维做FFT，得到相应距离门的多普勒频率，频率与目标速度有关，将纵轴转换为速度轴，绘制出雷达回波的距离-多普勒RD图；同样对匹配滤波后的二维矩阵按列做SST，得到相应距离门的时频图；
步骤4.2、利用相位编码超表面实现距离、速度的特征调控，对距离-多普勒RD图进行干扰：在快时间维，对雷达发射波做移频干扰，匹配滤波器错位匹配，从而产生距离上的假目标；在慢时间维，对雷达发射波做移频调制，产生速度假目标；对于相位可调超表面，反射系数相位的编码序列为，为矩阵行数，为列数。每行为一个脉冲重复周期PRP的调制序列，不同的行代表对不同的PRP进行调制：
（1-28）
在快时间维实现的频移调制，在慢时间维实现的频移调制，产生与距离相差、与速度相差的假目标，实现雷达探测目标距离、速度特征的同时调控；
本实施例中，利用相位编码超表面对LFM快时间进行的频移调制，慢时间维实现的频移调制。调制前的RD图如图9所示，经过超表面调制后，RD图为图10，对比可以发现，经过相位编码超表面快慢时间联合调制，产生了距离375m，速度2.61的假目标，实现了雷达探测目标距离、速度调控。
步骤4.3、利用相位编码超表面实现距离、速度、微动的特征调控，对RD图产生干扰的同时，使假目标具有相应微动特征：
快时间维实现频移调制，超表面反射系数相位编码序列的第一行为的序列，调制频率为；
慢时间维拟合运动目标回波相位变化，对于多个个脉冲重复周期PRP，超表面反射系数相位编码序列为：
（1-29）
（1-30）
其中，为根据需要实现的假目标回波相位随时间变化的离散，为目标运动产生的相位变化，包括物体的平动和微运动，因此经过超表面调制后，可产生距离相差，具有相应速度及微动特征的假目标，实现雷达探测目标距离、速度、微动特征的同时调控。
本实施例中，利用相位编码超表面对LFM快时间进行的频移调制，慢时间维拟合进动角，雷达入射角，进动频率，平动速度为3的锥体目标如图11、图12所示，图11为回波RD图，图12为回波时频图。可以看出，物体微运动在多普勒维，以多普勒频率为中心产生边带。经过超表面的调制，非常好地实现了锥体目标的距离、速度、微动特征的模拟。
以上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 (10)
1.一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
步骤2、利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
步骤3、利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
步骤4、利用相位编码超表面，对快慢时间维进行联合移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
2.根据权利要求1所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤1中的快时间维是指雷达发射的线性调频LFM单个脉冲的时间维度，用于脉冲串处理时，对一个脉冲重复周期PRP进行采样，匹配滤波后计算出目标与雷达之间的距离，因此对快时间维调制能够实现距离特征调控。
3.根据权利要求2所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤1中利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控，具体如下：
步骤1.1、雷达发射波为：
（1）
其中
（2）
其中，和分别代表快时间和慢时间，为虚数单位，为载波频率，和分别为线性调频LFM的脉冲宽度和啁啾率；
步骤1.2、超表面反射系数相位随时间作线性变化实现对电磁波的移频，超表面单元只能在范围内对反射系数相位进行离散，即 相位可调超表面，为离散个数，反射系数幅值保持在1不变，反射系数相位离散为种状态，相邻状态的相位差为，实现多普勒频移量时反射系数的表达式为：
（3）
其中，为超表面不同状态的编码，表示反射系数在时刻的取值，为调制周期，为每个调制状态下反射系数的幅值，为每个调制状态下反射系数的相位，当超表面反射系数相位随时间增加时，对反射波实现蓝移，；随时间减小时，对反射波实现红移，；
步骤1.3、将反射系数的傅里叶级数表示为：
（4）
其中，代表谐波阶数，为阶谐波幅度；
对于相位可调超表面，其中一阶谐波幅度与其他谐波幅度隔离，因此近似处理：
（5）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤1.4、经过超表面频移调制后，雷达回波表达式为：
（6）
其中，为雷达发射波从发射到接收的时间延时；
雷达接收机通过对回波进行匹配滤波处理，将回波压缩成窄脉冲串，得到目标与雷达的距离；
步骤1.5、匹配滤波器系数时域表示式为：
（7）
其中，为回波的反褶共轭；
对超表面调制后的雷达回波做匹配滤波处理后结果为：
（8）
（9）
其中为超表面与雷达的距离，为回波延时，为电磁波传播速度，为线性调频波带宽；
步骤1.6、结果中的幅度项包含了项，计算经过超表面调制后等效回波延时及距离：
（10）
（11）
通过匹配滤波器错位匹配，产生了距超表面的假目标，实现了对雷达探测目标距离特征的调控。
4.根据权利要求3所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤2中的慢时间维是指线性调频LFM脉冲串之间的时间维度，通过计算慢时间维的多普勒频率，即计算出目标速度，因而对慢时间维的调制能够实现速度特征调控。
5.根据权利要求4所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤2中利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控，具体如下：
步骤2.1、超表面慢时间频移调制，反射系数为：
（12）
其中，为超表面调制周期；
超表面反射系数的傅里叶级数表示为：
（13）
其中，为一阶谐波幅度；
步骤2.2、经过超表面慢时间频移调制后，雷达回波表达式为：
（14）
其中，为超表面与雷达的距离，为线性调频LFM载波波长，为超表面调制频率；
步骤2.3、对慢时间项做快速傅里叶变换FFT，计算出多普勒频率目标速度：
（15）
（16）
其中，为超表面运动速度；
雷达发射波经过超表面调制后，产生与超表面速度相差的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控。
6.根据权利要求5所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤3中的微动特征，具体如下：
在雷达探测中，目标结构的机械振动、运动或者旋转会对返回的信号产生额外的频率调制，并产生关于目标多普勒频率的边带，产生的瞬时多普勒频率是时变函数，即微多普勒现象，超表面对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，即能够实现微动特征调控。
7.根据权利要求6所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤3中利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控，具体如下：
步骤3.1、设定目标物体散射点与雷达的距离随时间变化为，，表示目标中心距雷达的距离，表示散射中心到目标中心的微运动距离，则雷达回波表达式为：
（17）
（18）
其中为目标物体散射点的散射率；为散射中心坐标位置，为雷达回波相位；
步骤3.2、散射点微运动形成的微多普勒频率随时间变化的表达式为：
（19）
步骤3.3、构成目标微动特征的微多普勒频率本质是回波相位随时间的变化，因此对于相位可调超表面，反射系数随时间变化，表达式为：
（20）
（21）。
8.根据权利要求7所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，其特征在于，步骤4中利用相位编码超表面，对快慢时间维和微多普勒频移进行联合调制，同时实现距离、速度、微动的特征调控，具体如下：
步骤4.1、当雷达接收机以采样率对回波进行采样时，在一个脉冲重复周期PRP内收集了个距离门的数据，即快时间维数据，为脉冲重复时间；当接收到个脉冲重复周期PRP后，在每个距离门中就接收到了个数据，即慢时间维数据，得到的数据矩阵；对每一行快时间维做匹配滤波，得到雷达回波延时信息，由于雷达的回波延时与雷达与目标之间的距离有关，因此将横轴等效为距离轴；对匹配滤波后的二维矩阵每列慢时间维做FFT，得到相应距离门的多普勒频率，频率与目标速度有关，将纵轴转换为速度轴，绘制出雷达回波的距离-多普勒RD图；同样对匹配滤波后的二维矩阵按列做同步压缩变换SST，得到相应距离门的时频图；
步骤4.2、利用相位编码超表面实现距离、速度的特征调控，对距离-多普勒RD图进行干扰：在快时间维，对雷达发射波做移频干扰，匹配滤波器错位匹配，从而产生距离上的假目标；在慢时间维，对雷达发射波做移频调制，产生速度假目标；对于相位可调超表面，反射系数相位的编码序列为，为矩阵行数，为列数，每行为一个脉冲重复周期PRP的调制序列，不同的行代表对不同的PRP进行调制：
（22）
在快时间维实现的频移调制，在慢时间维实现的频移调制，产生与距离相差、与速度相差的假目标，实现雷达探测目标距离、速度特征的同时调控；
步骤4.3、利用相位编码超表面实现距离、速度、微动的特征调控，对距离-多普勒RD图产生干扰的同时，使假目标具有相应微动特征：
快时间维实现频移调制，超表面反射系数相位编码序列的第一行为的序列，调制频率为；
慢时间维拟合运动目标回波相位变化，对于多个脉冲重复周期PRP，超表面反射系数相位编码序列为：
（23）
（24）
其中为根据需要实现的假目标回波相位随时间变化的离散；
为目标运动产生的相位变化，包括物体的平动和微运动，因此经过超表面调制后，产生距离相差，具有相应速度及微动特征的假目标，实现雷达探测目标距离、速度、微动特征的同时调控。
9.一种基于相位编码超表面的雷达多维特征调控系统，其特征在于，该系统用于实现如权利要求1~8任一项所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法，所述系统包括距离特征调控模块、速度特征调控模块、微动特征调控模块、联合特征调控模块，其中：
距离特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波快时间维做移频干扰，产生距离上的假目标，实现雷达探测目标距离特征调控；
速度特征调控模块，利用相位编码超表面，对雷达发射波慢时间维进行移频干扰，产生速度上的假目标，实现雷达探测目标速度特征调控；
微动特征调控模块，利用相位编码超表面，对微动假目标的微多普勒频率进行拟合，产生具有微动特征的假目标，实现雷达探测目标微动特征调控；
联合特征调控模块，利用相位编码超表面，同时对快慢时间维移频干扰和微多普勒频率拟合，同时实现距离、速度、微动的特征调控。
10.一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~8任一项所述的基于相位编码超表面的雷达多维特征调控方法。
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