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SAR-GMTI高逼真有源欺骗干扰方法研究

孙清洋  
【摘要】:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种典型的主动式微波成像雷达,具备全天时、全天候等工作特点,在战场侦察和情报搜索等应用上具有重要的价值。SAR和地面动目标检测(Ground Moving Target Indication,GMTI)配合使用,可同时具备地面静止场景成像和地面运动目标检测的能力,是军事侦察和战场感知技术的重要发展趋势。随着SAR-GMTI雷达的日益广泛应用,针对SAR-GMTI雷达的对抗技术也日益引起了国际雷达和电子对抗界的重点关注,其中有源欺骗干扰已成为当前雷达电子对抗领域中的研究热点和难点。因此,本文以当前SAR-GMTI有源欺骗干扰方法中面临的几个关键问题为着眼点,以提高虚假运动目标的仿真逼真度为目的,深入开展对SAR-GMTI高逼真有源欺骗干扰方法研究,具有重要的理论意义和应用价值。论文开展的主要工作如下:1)针对虚假运动目标在卷积调制过程中的运动表征问题,本文提出了基于等效斜距模型的SAR-GMTI有源欺骗干扰方法,提高了虚假运动目标在时域运动特性的逼真度。等效斜距模型可精确地表示匀速和匀加速运动的虚假目标的斜距历程,从而提高了干扰机卷积调制过程中时延和多普勒相位精度。在此基础上,本文经过理论推导得到了干扰机系统频率响应函数中与目标相关项的二维频域形式,从而可通过快速傅里叶变换、Stolt插值以及复数相乘操作快速产生高精度的干扰机系统频率响应函数,大大降低了计算复杂度。而且通过Stolt插值实现了虚假运动目标的与距离相关的方位调制、距离单元徙动和距离方位耦合等效应,进一步提高了虚假运动目标的逼真度。最后仿真实验结果表明该方法不仅可产生在时域上具备高逼真时域运动特性的虚假运动目标,而且具备较高的计算效率。2)针对虚假运动目标在空域多通道信号相位与径向速度失配问题,本文提出了基于多机协同的SAR-GMTI有源欺骗干扰方法,提高了虚假运动目标在空域运动特性的逼真度。所谓多机协同是指利用多部干扰机在信号级层面进行协同欺骗干扰,可充分发挥分布式干扰机信号在空间运动特性融合的优势。文中,首先分析了虚假目标的空域多通道SAR信号模型,并在此基础上,提出了基于多通道附加相位抵消的多机协同欺骗干扰的数学模型。为了实现所有空域多通道上干扰信号相位与径向速度匹配,本文方法要求干扰机的数目与通道数目保持一致,此时数学模型存在唯一的解析解。为此,本文借助范德蒙德行列式和克拉姆法则,提出了多机协同调制系数的快速求解算法,不仅算法计算精度高,而且避免了繁琐的矩阵求逆操作,大大降低了计算量。此外,为了进一步便于将算法应用到工程实践中,本文还提出了基于系数矩阵最小条件数的干扰机最优布局算法。文中指出,通过将多个干扰机在合成孔径范围上沿着方位向等间隔分布,且间隔为合成孔径长度除以通道数,那么系数矩阵的条件数将达到最小值。此时多机协同欺骗干扰数学模型最为稳定,即各个干扰机的协同调制系数对干扰扰动最不敏感。最后仿真实验结果表明该方法显著提高了虚假运动目标在空域运动特性的逼真度,并可实现对任意多通道SAR-GMTI的有效欺骗干扰。3)针对虚假运动目标在不同姿态与频段下散射表征问题,本文提出了基于目标电磁模型的SAR-GMTI有源欺骗干扰方法,提高了虚假运动目标在散射特性的逼真度。该方法首先通过对目标电磁模型数据库进行建模,并采用方位维分块处理的策略后,可直接通过一次搜索便抽取到合成孔径范围内所需要的虚假目标的散射数据,大大简化了算法流程。同时,在目标电磁模型计算方法中,使用等效双站散射数据代替单站后向散射场数据,大大降低了计算复杂度。基于虚假运动目标在不同姿态与频段下的目标电磁模型,该方法便可再通过目标散射数据抽取与插值、运动特征调制等步骤生成动目标的欺骗干扰信号,从而提高了虚假运动目标在散射特性的逼真度。最后通过仿真实验验证了所提出算法的有效性。


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