[发明专利]一种基于阴影特征的合成孔径雷达欺骗式干扰方法

摘要

本发明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。

主权项

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：Θ1=xt1yt1zt1φ1r+iφ1ixt2yt2zt2φ2r+iφ2i............xtmytmztmφmr+iφmi............xtNytNztNφNr+iφNi]]>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1个像素点，即当s＝1时，目标表面像素点其对应的阴影坐标Ps＝P1＝(x1,y1,0)，其中的值由步骤3提供；将和P1带入空间直线方程中，得到求解出地面像素点在X轴和Y轴的坐标，即得到阴影坐标P1，即其中(x,y,z)表示空间直线的坐标，(x0,y0,z0)表示步骤1中已知的雷达初始位置P(0)坐标；步骤4‑2、计算目标表面第m个像素点的阴影坐标对目标表面第m个像素点，即当s＝m,m∈(1,N)时，目标表面像素点其对应的阴影坐标Ps＝Pm＝(xm,ym,0)，其中N和的值由步骤3提供；将和Pm带入空间直线方程中，得到求解出地面像素点在X轴和Y轴的坐标，即得到阴影坐标Pm，即其中(x,y,z)表示空间直线的坐标，(x0,y0,z0)表示步骤1中已知的雷达初始位置坐标；步骤4‑3、计算目标表面第N个像素点的阴影坐标对目标表面第N个像素点，即当s＝N时，目标表面像素点其对应的阴影坐标Ps＝PN＝(xN,yN,0)，其中N和的值由步骤3提供；将和PN带入空间直线方程得到求解出地面像素点在X轴和Y轴的坐标，即得到阴影坐标PN，即其中(x,y,z)表示空间直线的坐标，(x0,y0,z0)表示步骤1中已知的雷达初始位置坐标；步骤4‑4、遍历目标表面所有像素点，得到任意一个目标表面像素点在雷达照射下投影到地面的阴影位置对于目标表面任意一个像素点，采用步骤4‑1，步骤4‑2，步骤4‑3的方法计算，得到任意一个目标表面像素点在雷达照射下投影到地面的阴影位置，即目标表面任意一个像素点对应的阴影坐标Ps的值：(xs,ys,0),s＝1,2,...,m,...N，其中N的值由步骤3提供；遍历目标表面所有像素点，采用步骤4‑1，步骤4‑2，步骤4‑3的方法计算得到目标表面所有像素点在雷达照射下投影到地面的阴影位置；步骤5、干扰机获取雷达发射信号根据步骤1中初始化得到的雷达系统参数，采用标准合成孔径雷达欺骗式干扰方法，干扰机获得雷达发射信号，记为sj(τ)；其中，τ表示距离向时间；步骤6、生成虚假场景信号采用传统的两步生成法生成虚假场景信号si(τ)，具体步骤如下：步骤6‑1、求解与方位向慢时间无关的调制项根据步骤4中提供的地面的RCSσ2和阴影坐标(xs,ys,0)，采用公式计算得到与方位向慢时间t无关的调制项，记为fx(τ)，其中，σ2为步骤4中提供的地面的RCS，sj(τ)为步骤5中得到的干扰机获取的雷达发射信号，δ()为定义10中的单位冲激函数，(x,y)表示坐标变量，*表示卷积，∑表示求和，τ表示距离向时间，c为光在空气中的传播速度，λ为步骤1中初始化得到的雷达载波波长，Rc为步骤1中初始化得到的平台到场景中心的斜距；步骤6‑2、生成虚假场景信号si(τ)根据步骤6‑1中得到的调制项fx(τ)和步骤4中得到的阴影坐标(xs,ys,0)，采用公式计算，得到虚假场景信号，记为si(τ)；其中，fx(τ)为步骤6‑1中得到的调制项，δ()为定义10中的单位冲激函数，y为y轴的坐标变量，v为平台速度矢量Vr在y轴的速度分量，由步骤1得到；*为卷积，∑为求和，τ表示距离向时间，t表示方位向时间，c为光在空气中的传播速度，λ为步骤1中初始化得到的雷达载波波长，Rc为步骤1中初始化得到的平台到场景中心的斜距；步骤7、获取受到欺骗式干扰的目标对步骤6中得到的虚假场景信号si(τ)，采用标准的雷达回波仿真方法，得到掺杂了虚假场景信号的回波信号；然后对回波信号，采用标准的后向投影成像算法成像，得到受到欺骗式干扰的目标图像；成像处理后，在目标的阴影位置存在与目标背景相似的虚假场景。