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合成孔径雷达欺骗干扰与评估方法研究

田甜  
【摘要】:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时、全天候、宽测绘带、远作用距离和高分辨率成像等优点,在战场侦察、态势感知和精确制导等应用领域发挥了重要作用。随着SAR系统的广泛应用,SAR干扰技术在电子对抗(Electronic Countermeasure,ECM)领域中获得越来越广泛的关注,并且欺骗干扰由于其干扰所需功率低、隐蔽性强和干扰图像逼真度高等优势成为当前ECM领域研究的重点方向。同时,SAR欺骗干扰也面临着一些技术瓶颈和挑战。首先,随着波束扫描灵活控制的大场景与高分辨率新SAR工作模式出现,SAR欺骗干扰面临广域复杂多普勒调制的挑战。其次,目前SAR干扰精度严重依赖于侦察参数精度,需要研究在侦察精度有限情况下高逼真度的欺骗干扰方法。最后,SAR欺骗干扰效果评估是SAR干扰的重要环节,目前缺乏有效的系统评估方法。本文在十三五预研课题“XXSAR图像处理对抗技术”、“合成孔径雷达XX反演技术”、GF创新特区课题“XX的复杂捷变电磁信号智能识别技术”和横向课题“XX雷达干扰系统效能评估研究”等项目的资助下,围绕SAR欺骗干扰与评估中的关键问题展开深入研究,并提出相应的解决途径,主要的工作与创新点如下:1.首先建立了不同工作模式下单站SAR的成像几何模型,论述了SAR成像的基本处理流程。然后,对SAR欺骗干扰机理进行深入分析,建立欺骗干扰信号生成模型,并对比欺骗干扰和压制干扰的功率需求,为后续欺骗干扰算法设计以及评估模型的构建奠定理论基础。2.针对新体制的地面观测循序扫描(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPS)模式下的SAR波束灵活控制造成欺骗干扰多普勒复杂调制的挑战,提出了一种基于干扰模板分块的TOPS-SAR快速欺骗干扰算法。首先,对TOPS模式下的SAR工作特性进行分析,在欺骗干扰实现过程中充分考虑干扰机和TOPSAR平台相对位置变化关系,从而产生具有变化多普勒质心的广域欺骗干扰场景,有效解决多普勒相位历程距离空变问题。其次,根据干扰机和TOPSAR平台之间相对位置的关系,该方法将干扰问题划分为多个简单的子问题,预先生成部分欺骗干扰调制项,并在TOPSAR感兴趣区域(Regions of Interest,ROIs)产生多个欺骗干扰子模块进行并行调制处理,进而降低实时处理的计算量。最后,通过仿真数据处理验证了该方法可以对TOPSAR实现高质量的欺骗干扰效果。3.针对现有SAR欺骗干扰方法由于侦察参数精度不足导致虚假目标在SAR图像中散焦的难题,提出了一种基于组网干扰机接收信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的近场SAR欺骗干扰方法。首先,该方法将欺骗干扰调制项中难以获得的多模式SAR参数侦察问题转化为TDOA估计问题,利用球面相交(Spherical Intersection,SX)法进行求解,避免了传统欺骗干扰方法对不同参数分别进行电子侦察导致的误差积累。其次,对组网干扰机的布站问题进行分析,以降低算法对测量误差的敏感性。最后通过仿真实验证明该方法具有鲁棒的欺骗干扰效果。并且,该方法的欺骗干扰精度和稳定性都相对较高,可推广到对多种工作模式SAR的干扰中。4.针对现有SAR有源欺骗干扰评估方法评估指标单一且普适性差的问题,提出了一种显性和隐性评估指标相结合的欺骗干扰评估新方法。该方法首先对现有存在明确物理意义的显性评估指标进行适用性分析。其次,利用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)提取欺骗干扰样本更深层的隐性特征。然后,将两种途径获得的干扰评估特征组成一个完整的特征矢量,输入到全连接网络,从而得到最终的评估结果。其次,分析了SAR平台参数测量误差对欺骗干扰效果的影响,通过引入不同的速度测量误差和位置测量误差,产生不同等级的欺骗干扰图像,解决了欺骗干扰样本不足的问题。最后,利用动静态目标采集与识别(Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition,MSTAR)实测数据集对所提方法的有效性进行验证。


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