一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法技术

本发明专利技术提出了一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法。本发明专利技术首先根据合成孔径雷达成像方法，利用雷达系统参数、目标表面像素点坐标和雷达到照射点的空间直线方程的关系，提取出目标阴影位置。然后，本发明专利技术采用了两步生成法生成虚假场景点信号。第一步，根据虚假场景信息提取目标背景的后向散射系数，生成与方位向时间无关的调制项；第二步，根据方位向时间，对第一步中生成的调制项进行相位调制并且加权求和得到虚假场景信号。雷达接收到的回波是目标回波和虚假场景信号的叠加，然后对雷达接收信号采用标准合成孔径雷达后向投影成像算法成像，从而在真实目标的阴影位置生成与目标背景相似的虚假场景，以背景取代目标阴影区域，消除真实目标的阴影特征，使真实目标和虚假目标一样不具有阴影特征，干扰对方对真实目标和虚假目标的区分，干扰更具欺骗性和隐蔽性。

A deception jamming method for synthetic aperture radar based on shadow feature

A deception jamming method for synthetic aperture radar (SAR) based on shadow features is proposed. According to the synthetic aperture radar imaging method, the target shadow position is extracted from the radar system parameters, the coordinates of the target surface pixels and the space straight line equation of the radar to the illuminating point. Then, the invention uses the two step generation method to generate the false scene point signal. The first step, the coefficient of scattering based on the target background extraction false scene information, generate modulation and azimuth time independent; the second step, to the time according to the orientation of the first step of the reaction of modulation phase modulation and the weighted sum of false scene signal. The received echo is the superposition of radar target echo and false scene signal, then the received signal using a standard synthetic aperture radar imaging projection imaging algorithm, resulting in the real target shadow position generation is similar to the target background scene to replace the false target, background shadow areas, eliminate the shadow feature of real target, the the true target and false target does not have the same shadow features, interfere with each other for real objects and false target discrimination, interference of fraudulence and concealment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法
本专利技术属于雷达
，它涉及了合成孔径雷达(SAR)成像

技术介绍
从SAR概念的提出到现在，经过六十多年的发展，SAR在民用领域和军事领域已经发挥了重要的价值，SAR的成像原理决定了SAR图像具有光学图像无法替代的优势。随着SAR系统重要性的不断提高，针对SAR的干扰与抗干扰技术研究已经成为现代信息对抗中的重要研究课题。为了干扰对方对己方信息的探测，需要研究SAR的干扰技术。SAR的干扰方式多种多样，目前主要分为压制式干扰、弹射式干扰和欺骗式干扰。压制式干扰是指发射机发射高功率信号，破坏接收机接收性能从而阻塞SAR系统的信息获取能力。该方法的主要特点是实现方式简单，但要实现较好的干扰效果需要发射大功率干扰信号，同时会对己方电子设备产生影响。弹射式干扰也被称作散射波干扰，通过干扰机接收雷达发射信号，再将其调制后投射到特定区域，经过地物散射后形成干扰回波。真实场景散射的回波信号与弹射后的干扰回波混叠在一起被雷达接收，从而达到干扰目的。欺骗式干扰是指干扰机根据虚假场景信息进行回波调制，模拟目标的回波信号发送至接收机。欺骗式干扰效果在图像域是真实SAR成像结果上叠加干扰图像，并且雷达难以察觉已经受到了欺骗式干扰，从而影响SAR图像解译的可靠性。欺骗式干扰的特点是具有隐蔽性，干扰能力较强，能够在对方难以察觉的情况下实施干扰。至今，相关学者针对SAR干扰技术进行了大量的研究，取得了重要成果。2008年，TezelNS等人研究了在极化SAR成像中添加动目标技术，并通过回波估计部分干扰所需参数。详见文献“TezelNS,PakerS.InsertingmovingtargetstopolarimetricSARimagebyselfdeceptionjamming[C].SyntheticApertureRadar(EUSAR),20087thEuropeanConferenceon.VDE,2008:1-3.”。国防科技大学HuangHong-xu等人模拟SAR信号并延时转发，降低了对干扰功率的需求，但在本质上仍属于压制式干扰，详见文献“Hong-xu,H.,Yi-yu,Z.,Wen-li,J.,&Zhi-tao,H.(2010,July).Anewtime-delayechojammingstyletoSAR.InSignalProcessingSystems(ICSPS),20102ndInternationalConferenceon(Vol.3,pp.V3-14).IEEE.”。西安电子科技大学王盛利等人研究了SAR欺骗式干扰的原理，分析了干扰信号模型，但没有给出具体的实现方案。详见文献“王盛利,于立,倪晋鳞,&张光义.(2003).合成孔径雷达的有源欺骗干扰方法研究.电子学报,31(12),1900-1902.”。代大海，甘荣兵，王建国等人均对欺骗式干扰的实施方案进行了深入研究，并分析了算法的实时性。但这些方法对于面目标不具有很好的干扰效果，不能满足实时性的要求。详见文献“代大海,王雪松,肖顺平.SAR有源假目标欺骗干扰实施方案研究[J].航天电子对抗,2007,23(1):24-27.”，“甘荣兵,王建国.对SAR的几何目标欺骗干扰的快速算法[J].现代雷达,2006,28(2):40-42,73.”，“王迪,王恩宏,雷武虎.SAR欺骗式干扰信号生成与实时性研究[J].航天电子对抗,2007,23(1):30-33.”。文献“许宝民,郑光勇,李宏.合成孔径雷达有源欺骗干扰仿真分析[J].飞行器测控学报,2010,29(3):84-87.”实现了对面目标的欺骗式干扰方法，但并未考虑SAR平台的运动误差。根据SAR侧视成像的特点，雷达波束无法照射到场景中的部分区域，该区域无法产生回波，因此SAR图像存在阴影特征；而欺骗式干扰转发干扰信号，虚假目标周围难以形成阴影。因此真实目标和虚假目标可以通过是否具有阴影特征区分出来，降低了干扰效果。针对这一问题，为了克服真实目标具有阴影较易被区分的不足，使干扰更具欺骗性，需要研究消除真实目标的阴影特征，使真实目标和虚假目标一样不具有阴影特征。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法。本专利技术首先根据合成孔径雷达成像方法，利用雷达系统参数、目标表面像素点坐标和雷达到照射点的空间直线方程的关系，提取出目标阴影位置。然后，本专利技术采用了两步生成法生成虚假场景点信号。第一步，根据虚假场景信息提取目标背景的后向散射系数，生成与方位向时间无关的调制项；第二步，根据方位向时间，对第一步中生成的调制项进行相位调制并且加权求和得到虚假场景信号。雷达接收到的回波是目标回波和虚假场景信号的叠加，然后对雷达接收信号采用标准合成孔径雷达后向投影成像算法成像，从而在真实目标的阴影位置生成与目标背景相似的虚假场景，以背景取代目标阴影区域，消除真实目标的阴影特征，使真实目标和虚假目标一样不具有阴影特征，干扰对方对真实目标和虚假目标的区分，干扰更具欺骗性和隐蔽性。为方便描述本专利技术的内容，首先作以下术语定义：定义1、合成孔径雷达(SAR)合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是通过在距离向发射宽带信号并进行脉冲压缩、方位向构造合成孔径的方式实现对地面场景的二维高分辨成像。作为一种工作在微波波段的主动探测手段，相比于光学成像，SAR具有全天时、全天候和一定的穿透植被与地表的能力。同时，由于成像机理的不同，SAR成像分辨率不受观测距离的影响，具有远距离、宽测绘带和高分辨率等优点，因此，SAR被广泛应用于灾情评估、资源勘探、地理测绘、侦察等诸多领域。定义2、标准合成孔径雷达原始回波仿真方法标准合成孔径雷达原始回波仿真方法是指给定雷达系统参数、平台轨迹参数以及观测场景参数等所需的参数条件下，基于合成孔径雷达成像原理仿真得到具有SAR回波信号特性的原始回波信号的方法，详细内容可参考文献：“干涉SAR回波信号与系统仿真研究”，张剑琦，哈尔滨工业大学硕士论文。定义3、合成孔径雷达欺骗式干扰方法合成孔径雷达(SAR)欺骗式干扰通常采用储频转发的工作模式，干扰机通过截获SAR系统发射的信号，对其进行调制，使其包含虚假场景的欺骗干扰信息，然后向SAR进行转发，从而达到欺骗干扰的目的。详细内容可参考文献：“合成孔径雷达欺骗干扰方法研究”，赵博，西安电子科技大学博士论文。定义4、FEKO—电磁计算仿真方法FEKO是一款强大的三维全波电磁仿真软件，FEKO软件支持场、路联合仿真，在FEKO中可以直接读取电路的S、Z、Y、Spice等参数文件，把非辐射电路网络和辐射单元联合起来进行总体分析。并且，FEKO软件可以采用标准的电磁仿真方法，仿真雷达目标表面电磁流。有关FEKO的详细内容，详细内容可参考文献：“FEKO5.4电磁场分析技术与实例详解”，闫照文，苏东林等编著，中国水利水电出版社出版。定义5、标准合成孔径雷达后向投影成像算法标准合成孔径雷达后向投影成像算法是基于匹配滤波原理的合成孔径雷达成像算法，其主要通过SAR场景分辨单元斜距计算、距离单元搜索、原始回波多普勒相位补偿、回波数据相干累加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1、初始化雷达系统参数初始化SAR成像系统参数，包括：雷达载波波长，记为λ；雷达平台主天线发射信号带宽，记为B；雷达发射脉冲时宽，记为Tr；雷达采样频率，记为Fs；雷达入射角，记为θ；雷达脉冲重复频率，记为PRF；平台运动速度矢量，记为Vr；雷达系统距离向采样点数，记为Nr；雷达系统方位向采样点数，记为Na；雷达系统天线初始位置，记为P(0)；光在空气中的传播速度，记为c；SAR平台到观测场景中心的参考斜距，记为Rc；上述参数中，雷达系统工作的信号波长λ、雷达平台发射的信号带宽B、雷达平台发射的脉冲时宽Tr、雷达平台接收系统的采样频率Fs、雷达天线入射角θ、雷达脉冲重复频率PRF，在雷达系统设计过程中已经确定；步骤2、初始化SAR投影成像空间的参数初始化的SAR投影成像空间为地平面坐标系，该坐标系水平横轴记为X轴，该坐标系水平纵轴记为Y轴，雷达投影成像空间的中心坐标记为Pc，雷达投影成像空间的X轴向分辨单元数，记为Nx，雷达投影成像空间的Y轴向分辨单元数，记为Ny，雷达投影成像空间的X轴向成像范围，记为Wx，雷达投影成像空间的Y轴向成像范围，记为Wy，SAR系统到投影成像空间的参考斜距，记为R，将SAR投影成像空间均匀等间隔进行划分；步骤3、电磁仿真得到目标在雷达入射角θ0下的数据矩阵采用经典的FEKO电磁计算仿真方法，制作目标模型，得到由离散像素点构成的目标立体表面；目标的姿态角记为...

【技术特征摘要】
1.一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1、初始化雷达系统参数初始化SAR成像系统参数，包括：雷达载波波长，记为λ；雷达平台主天线发射信号带宽，记为B；雷达发射脉冲时宽，记为Tr；雷达采样频率，记为Fs；雷达入射角，记为θ；雷达脉冲重复频率，记为PRF；平台运动速度矢量，记为Vr；雷达系统距离向采样点数，记为Nr；雷达系统方位向采样点数，记为Na；雷达系统天线初始位置，记为P(0)；光在空气中的传播速度，记为c；SAR平台到观测场景中心的参考斜距，记为Rc；上述参数中，雷达系统工作的信号波长λ、雷达平台发射的信号带宽B、雷达平台发射的脉冲时宽Tr、雷达平台接收系统的采样频率Fs、雷达天线入射角θ、雷达脉冲重复频率PRF，在雷达系统设计过程中已经确定；步骤2、初始化SAR投影成像空间的参数初始化的SAR投影成像空间为地平面坐标系，该坐标系水平横轴记为X轴，该坐标系水平纵轴记为Y轴，雷达投影成像空间的中心坐标记为Pc，雷达投影成像空间的X轴向分辨单元数，记为Nx，雷达投影成像空间的Y轴向分辨单元数，记为Ny，雷达投影成像空间的X轴向成像范围，记为Wx，雷达投影成像空间的Y轴向成像范围，记为Wy，SAR系统到投影成像空间的参考斜距，记为R，将SAR投影成像空间均匀等间隔进行划分；步骤3、电磁仿真得到目标在雷达入射角θ0下的数据矩阵采用经典的FEKO电磁计算仿真方法，制作目标模型，得到由离散像素点构成的目标立体表面；目标的姿态角记为姿态角之间的间隔记为β；当雷达入射角θ＝θ0时，采用经典的FEKO电磁计算仿真方法，得到雷达入射角θ＝θ0时目标在不同姿态角下的数据矩阵，记为：其中，Θ1是电磁仿真得到的数据矩阵，由Θ1可得到目标在雷达入射角θ0下表面像素点的坐标和雷达散射截面积RCS：由数据矩阵Θ1可得其维数，记为N×U，N为数据矩阵Θ1的行数，表示目标表面像素点的数目，U为数据矩阵Θ1的列数；数据矩阵Θ1中，表示目标表面第1个像素点的空间坐标，记为表示目标表面第2个像素点的空间坐标，记为表示目标表面第m个像素点的空间坐标，记为表示目标表面第N个像素点的空间坐标，记为目标表面所有像素点记为φ1r表示目标表面第1个像素点的RCS的实部，φ1i表示目标表面第1个像素点的RCS的虚部，……，φNr表示目标表面第N个像素点的RCS的实部，φNi表示目标表面第N个像素点的RCS的虚部；步骤4、计算目标在雷达照射下投影到地面的阴影坐标，并设定地面和阴影的RCS雷达的初始位置采用步骤1中的初始位置，记为P(0)＝(x0,y0,z0)，目标表面像素点记为其中Pt和N的值由步骤3提供；根据目标的三维空间位置，定义地面像素点在X轴和Y轴的坐标：X轴的坐标记为xs，Y轴的坐标记为ys；假设地面高度为0，目标表面任意一个像素点对应的阴影坐标为Ps，记为Ps＝(xs,ys,0)，s＝1,2,...,m,...N，其中N的值由步骤3提供；设定目标阴影的RCS，记为σ1，设定地面的RCS，记为σ2；通过以下步骤计算阴影坐标Ps的值；步骤4-1、计算目标表面第1个像素点的阴影坐标对目标表面第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓玲，马德娇，范昕玥，党丽薇，赵明明，余檑，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51