基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置

摘要

本发明公开了一种基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置。通过控制干扰信号特征，在合成孔径雷达图像产生数量、位置、面积、亮度可控的图像块覆盖目标及周边背景图像，达到伪装目的。本发明的方法是对二维做的处理，接收信号为等间隔脉冲信号，分段信号的最大长度比接收信号的一个脉冲宽度短时为短分段，是对距离维的干扰，分段信号的最小长度比接收信号的一个脉冲重复周期长时为长分段，是对多普勒维的干扰。本发明中的装置，包括控制器和数字射频存储器DRFM，控制器与数字射频存储器DRFM串联，控制器控制所述雷达信号的分段方式以及调制相位值；DRFM根据分段方式以及调制相位值获得一维和二维干扰信号。

权利要求

1.基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将接收到的雷达信号按时间进行分段，得到雷达信号的各分段信号，雷达信号的各分段信号中，分段信号的最大长度比所述雷达信号的一个脉冲宽度短，其中分段数不小于2；

对雷达信号的各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的雷达信号的各分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，相位调制后的雷达信号的所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；

将相位调制后的雷达信号的所有分段信号按时间顺序整合为雷达信号对应的一个全段信号，即得到一维干扰信号；

步骤2，将步骤1得到的一维干扰信号作为输入信号，将此信号按时间进行分段，得到一维干扰信号的各分段信号，一维干扰信号的各分段信号中，分段信号的最小长度比所述雷达信号的一个脉冲重复周期长，其中分段数不小于2；

对一维干扰信号的各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的一维干扰信号的各分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，相位调制后的一维干扰信号的所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；

将相位调制后的一维干扰信号的所有分段信号按时间顺序整合为一维干扰信号对应的一个全段信号，即得到最终的二维干扰信号；

步骤3，将得到的二维干扰信号，发送给敌方雷达，实现有源伪装防护。

2.如权利要求1所述的基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法，其特征在于，所述二维干扰信号表达式为：sJ(t)＝s(t)·p(t)·q(t)

其中s(t)为雷达信号，p(t)为步骤1中相位调制使用的调制信号函数，p(t)表达式为：其中，下标j表示第j个调制相位值对应的下标，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，第j个调制相位值φj对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,nj，nj为调制相位值为φj的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤1中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和；

q(t)为步骤2中相位调制使用的调制信号函数，q(t)表达式为：

其中，下标v表示第v个调制相位值，v＝1,2,...,q，q为调制相位值的总数，第v个调制相位值φv对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标u表示调制相位值对应的分段下标，u＝1,2,...,nv，nv为调制相位值为φv的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤2中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和。

3.一种实现权利要求1所述基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法的装置，其特征在于，包括控制器和数字射频存储器DRFM，控制器与数字射频存储器DRFM串联，控制器控制所述雷达信号的分段方式以及调制相位值；DRFM根据分段方式以及调制相位值获得一维和二维干扰信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，控制器通过对分段方式中分段长度的控制，以此控制敌方雷达接收到干扰信号后产生干扰图像块的大小。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，控制器通过对信号处理通道数的控制，以此控制敌方成像雷达接收到的干扰信号产生干扰图像块数量。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括接收天线、低噪声放大器LNA、下变频器、上变频器、功率放大器、发射天线与信号测量单元，接收天线接收雷达信号，经低噪声放大器，分成两个通道，一个通道经下变频器，进入DRFM处理；另一通道信号进入信号测量单元，信号测量单元输出的测量信息输入到控制器，控制器与数字射频存储器DRFM串联，DRFM输出的二维干扰信号经上变频器，功率放大器，由发射天线发射。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，通过对所述装置的安装位置的控制以及控制器通过对信号延时量及多普勒调制量的控制，以此控制敌方成像雷达接收到的干扰信号产生干扰图像块的位置。

说明书

基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置

技术领域

[0001] 本发明涉及目标伪装防护技术领域，具体涉及一种基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置。

背景技术

[0002] 合成孔径雷达具有全天时、全天候对地面目标成像的能力，通过目标精细的二维结构信息，实现对目标的识别。

[0003] 目标隐蔽伪装方法一般分为内外两类。“内在式”隐蔽伪装措施即隐身技术，通过降低目标暴露特征，对雷达波段，主要采用外形结构设计避免镜面反射和角反射效应，采用吸波材料减弱雷达波散射等，单靠隐身技术降低目标暴露特征难度大、成本高，无法根本解决目标隐蔽伪装问题。“外加式”隐蔽伪装主要根据目标外形尺寸、暴露征候等，外加伪装网，遮障器材，假目标等，改变目标散射特征，降低合成孔径雷达发现和识别目标概率。目前，主要的“外加式”隐蔽伪装方式均为采用无源器材，此类器材的主要缺陷是安装撤收过程复杂，覆盖面积有限，且一般无法用于机动目标。合成孔径雷达通过对地面目标的雷达回波信号的距离和方位两个维度压缩处理成像，方位维也称多普勒维，对雷达信号的脉内处理，得到距离信息，对雷达信号的脉间处理，得到方位信息，也就是多普勒信息，单独获得距离信息或方位信息属于一维处理；通过一次或多次处理，综合获得两个信息，属于二维处理。目前用于SAR成像处理的主要有：Range-Doppler算法、Chirp-Scaling算法和Specan算法等，算法一般包括都包括距离压缩、方位压缩、距离迁移校正、DOPPLER参数估计等步骤，至于先后顺序并不固定，成像处理流程视不同算法而定，通常可将成像雷达接收处理看作一个二维线性系统，假设信号在距离向和方位向满足解耦的条件，可将该二维系统的处理分解为两个一维处理的过程分别进行考虑。

发明内容

[0004] 有鉴于此，针对当前伪装技术存在的问题，本发明提供了一种基于多相位分段调制(Multiple Phase Sectionalized Modulation，MPSM)雷达干扰方法的有源伪装防护方法与装置，通过控制干扰信号特征，在合成孔径雷达图像产生数量、位置、面积、亮度可控的图像块覆盖目标及周边背景图像，达到伪装目的。本发明的方法是对二维做的处理，接收信号为等间隔脉冲信号，分段信号的最大长度比接收信号的一个脉冲宽度短时为短分段，是对距离维的干扰，分段信号的最小长度比接收信号的一个脉冲重复周期长时为长分段，是对多普勒维的干扰。基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法包括如下步骤：

[0005] 步骤1，将接收到的雷达信号按时间进行分段，得到各分段信号，分段信号的最大长度比所述雷达信号的一个脉冲宽度短，其中分段数不小于2；对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，即得到一维干扰信号；

[0006] 步骤2，将步骤1得到的一维干扰信号作为输入信号，将此信号按时间进行分段，得到各分段信号，分段信号的最小长度比所述雷达信号的一个脉冲重复周期长，其中分段数不小于2；对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，即得到最终的二维干扰信号；

[0007] 步骤3，将得到的二维干扰信号，发送给敌方雷达，实现有源伪装防护。

[0008] 进一步地，所述二维干扰信号表达式为：

[0009] sJ(t)＝s(t)·p(t)·q(t)  (1)

[0010] 其中s(t)为雷达信号，p(t)为步骤1中相位调制使用的调制信号函数，p(t)表达式为：

[0011]

[0012] 其中，下标j表示第j个调制相位值，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，第j个调制相位值φj对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,nj，nj为调制相位值为φj的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤1中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和；

[0013] q(t)为步骤2中相位调制使用的调制信号函数，q(t)表达式为：

[0014]

[0015] 其中，下标v表示第v个调制相位值，v＝1,2,...,q，q为调制相位值的总数，第v个调制相位值φv对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标u表示调制相位值对应的分段下标，u＝1,2,...,nv，nv为调制相位值为φv的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤2中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和。

[0016] 本发明中实现基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法的装置，包括控制器和数字射频存储器DRFM，控制器与数字射频存储器DRFM串联，控制器控制所述雷达信号的分段方式以及调制相位值；DRFM根据分段方式以及调制相位值获得一维和二维干扰信号。

[0017] 其中基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护装置中控制器通过对分段方式中分段长度的控制，以此控制敌方雷达接收到干扰信号后产生干扰图像块的大小。

[0018] 进一步地，控制器通过对信号处理通道数的控制，以此控制敌方成像雷达接收到的干扰信号产生干扰图像块数量。

[0019] 基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护装置，还包括接收天线、低噪声放大器LNA、下变频器、上变频器、功率放大器、发射天线与信号测量单元，接收天线接收雷达信号，经低噪声放大器，分成两个通道，一个通道经下变频器，进入DRFM处理；另一通道信号进入信号测量单元，测量单元输出的测量信息输入到控制器，控制器与数字射频存储器DRFM串联，处理后的二维干扰信号经上变频器，功率放大器，由发射天线发射。

[0020] 通过对有源伪装防护装置的安装位置的控制以及控制器通过对信号延时量及多普勒调制量的控制，以此控制敌方成像雷达接收到的干扰信号产生干扰图像块的位置。

[0021] 有益效果：

[0022] 多相位分段调制干扰方法应用于干扰合成孔径雷达，可用于产生距离和方位两个维度上的扩散假目标，在SAR图像上产生方形干扰图像块，方形干扰图像块的大小可以控制。

[0023] 应用于伪装时，在防护目标上安装干扰装置，设置干扰图像块的大小大于防护目标尺寸，设置干扰图像块的亮度强于防护目标亮度，即可以在空间、图像亮度上覆盖目标图像，从而实现伪装防护目的。

[0024] 通过信号复制，还可产生多个图像块，分布在防护目标周边，产生迷惑效果。

附图说明

[0025] 图1为三相位非等分调制原理示意图。

[0026] 图2为干扰遮盖效果示意图，其中(a)、(b)分别为无干扰信号的二维平面与三维立体示意图，(c)、(d)分别为干扰信号的二维平面与三维立体示意图。

[0027] 图3为实施例装置图。

[0028] 图4为合成孔径雷达图像，两个车辆目标A，B均未实施伪装。

[0029] 图5为两个车辆A，B均独立实施伪装，各自控制干扰图像块大小和亮度。

[0030] 图6为由车辆A实施协同伪装的效果图，控制产生了面积较大的干扰图像块，同时遮蔽伪装车辆A自身及车辆B。

[0031] 图7为由车辆A实施伪装，产生多个干扰图像块，控制干扰图像块的位置，保证遮蔽车辆A和车辆B，同时产生多个图像块，达到迷惑效果。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0033] 本发明提供了一种基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置，基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法包括如下步骤：

[0034] 步骤1，将接收到的雷达信号按时间进行分段，得到各分段信号，分段信号的最大长度比所述雷达信号的一个脉冲宽度短，其中分段数不小于2；对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，即得到一维干扰信号；

[0035] 步骤2，将步骤1得到的一维干扰信号作为输入信号，将此信号按时间进行分段，得到各分段信号，分段信号的最小长度比所述雷达信号的一个脉冲重复周期长，其中分段数不小于2；对各分段信号分别进行相位调制，得到相位调制后的分段信号，其中调制相位值取[0,2π]内的一个任意值，所有分段信号的调制相位值中至少有两个不相同；将所有调制后的分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，即得到最终的二维干扰信号；

[0036] 步骤3，将得到的二维干扰信号，发送给敌方雷达，实现有源伪装防护。

[0037] 所述二维干扰信号表达式为：

[0038] sJ(t)＝s(t)·p(t)·q(t)   (4)

[0039] 将分段信号间的调制相位值跳变用阶跃函数ε(t)来表示，分别以分段时间起始点和截止点为中心的两个阶跃函数的差值乘以雷达全段信号得到分段信号；对各分段信号分别进行相位调制，即将分段信号乘以调制相位值复指数，得到相位调制后的分段信号，所有分段信号按时间顺序整合为一个全段信号，得到最终的干扰信号，其中s(t)为雷达信号，p(t)为步骤1中相位调制使用的调制信号函数，p(t)表达式为：

[0040]

[0041] 其中，下标j表示第j个调制相位值，j＝1,2,...,p，p为调制相位值的总数，第j个调制相位值φj对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标i表示调制相位值对应的分段下标，i＝1,2,...,nj，nj为调制相位值为φj的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤1中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和；

[0042] q(t)为步骤2中相位调制使用的调制信号函数，q(t)表达式为：

[0043]

[0044] 其中，下标v表示第v个调制相位值，v＝1,2,...,q，q为调制相位值的总数，第v个调制相位值φv对应的分段信号的起始和截止时刻分别为 和 下标u表示调制相位值对应的分段下标，u＝1,2,...,nv，nv为调制相位值为φv的分段信号总数，信号总分段数为所述步骤2中所有相位调制值下包含的分段信号数目之和。

[0045] 多相位分段调制为由二维参数组合控制下的干扰样式，干扰信号表达式与信号分段的长度和数量、调制相位值的大小和顺序有关，调制信号得到的输出结果相当于原信号与复合函数相乘，当接收雷达信号仅与p(t)相乘，则仅改变信号脉内特性，对雷达获取目标距离信息进行干扰；当接收到的雷达信号仅与q(t)相乘，则仅改变信号脉间特性，对雷达获取目标速度信息即多普勒信息进行干扰，通过多普勒信息计算方位信息；当雷达信号与p(t)和q(t)均相乘，则信号的脉内脉间特性均发生改变，对雷达获取目标的图像信息进行干扰。图1中，p＝3，n1＝n2＝n3＝2，q＝3,N1＝N2＝N3＝2。

[0046] 由雷达信号处理流程可知，脉内处理为快时间，设为tr，表示以发射时刻为起点的时间，快时间用来计量电波传播的时间；脉间处理时间为慢时间，设为tm，脉冲信号以重复周期T依次发射，即发射时刻tm＝mT(m＝0,1,2,...)，慢时间是计量发射脉冲的时刻，快时间、慢时间与全时间的关系为t＝tm+tr。将干扰信号写成如下形式：

[0047] sJ(t)＝s(tr,tm)·p(tr)·q(tm)   (6)

[0048] 将干扰信号的二维处理过程看作两个一维处理，即：

[0049]

[0050]

[0051] 式中， 表示距离维参考函数，其中TP为信号脉宽，μr为信号调频斜率。 表示方位维参考函数，其中TL为合成孔径时间，μa为
多普勒频率的变化率。

[0052] 雷达接收到回波信号s(t)和干扰信号sJ(t)并进行匹配滤波处理，目的是在输出端得到最大的信噪比。对干扰信号处理的过程描述如下：

[0053] 步骤1，通过傅里叶变换得到信号在频域的表达式：

[0054]

[0055] 式中，η表示幅度变化因子，τ表示信号分段的最小长度，td表示从雷达发射信号到接收到干扰信号的时间延迟，ωk表示信号频带内的各角频率分量，0＜ω1,ω2,...,ωK＜B，B为信号带宽，φk表示该频率分量上的调制相位值。

[0056] 步骤2，根据匹配滤波原理，考虑在特定的TM时刻得到的信噪比SNR最大，其表达式为：

[0057]

[0058] 该式取最大值当且仅当 式中，F(jω)表示雷达发射信号的频域表达式，*表示信号的共轭运算。

[0059] 进一步推导，干扰信号经匹配滤波处理可得：

[0060]

[0061] 该式即为干扰信号的匹配滤波输出。

[0062] 步骤3，代入典型的线性调频(LFM)信号进行计算，信号表达式为：

[0063]

[0064] 式中f0为信号载频，μr为信号调频斜率。

[0065] 在一定范围内LFM信号频谱可近似为一固定值，即可写为：

[0066]

[0067] 式中ωL和ωH表示频谱的上下限，且ωH-ωL＝B。

[0068] 由于LFM信号具有时频相关特性，相位调制使信号产生频移，移频量设为由频移带来的时延量为 即时延量td k＝td-Δtk。代入式(11)，得：

[0069]

[0070] 考虑调制相位差值为Δφ1的分段信号，设其频带宽度为 则Δf1＝B1/2π。计算该段干扰信号脉冲压缩结果，可得：

[0071]

[0072] 式中， 令则上式等价于 式(14)的最终计算结果为：

[0073]

[0074] 在复平面中，最终得到的功率为多个矢量叠加的结果，其统计模型可以描述成在坐标平面中的有序游程，信号相互叠加和抵消并得到了最终的输出结果。由上式可知，信号矢量的幅度与各分段信号的带宽有关，幅角和幅度与各分段信号的调制相位均有关，分段造成信号带宽减小，由LFM信号脉冲压缩的特性可知，输出信号主瓣会展宽，即产生扩展目标，该扩展目标中心在时间上与真实目标中心重合或相近时，产生遮盖真实目标的压制干扰效果。

[0075] 对于一维距离维的处理，其计算结果可以表示成：

[0076] sj′(tr,tm)＝sj_r(tr,tm)·q(tm)   (17)

[0077] 载频信号为exp(j2πf0t)，其中t为全时间，其通过距离维参考函数作匹配后未发生变化，且对距离维处理输出结果无影响。将该项提出，则上式进一步写作：

[0078] s′(tr,tm)＝s′j_r(tr,tm)·exp(j2πf0tm)·q(tm)  (18)

[0079] 在方位维作合成孔径处理时，将斜距 进行Taylor分解，得到:

[0080]

[0081] 其中，Rc为天线与目标的最短斜距。考虑到多普勒中心频率fd和多普勒频率变化率fr：

[0082]

[0083] 代入表达式可得：

[0084]

[0085] 将上式带入式(18)，距离压缩后的信号表示式可写作：

[0086]

[0087] 由 项可知，信号在方位维仍为一线性调频信号，故其与距离维处理具有相同的规律，产生同样的干扰效果，方位维处理与距离维处理具有同样的规律。

[0088] 二维干扰遮盖效果如图2所示，图2中(a)、(b)分别为无干扰信号的二维平面与三维立体示意图，(c)、(d)分别为干扰信号的二维平面与三维立体示意图。

[0089] 基于多相位分段调制雷达干扰的有源伪装防护方法与装置如图3所示，包括接收天线、低噪声放大器LNA、下变频器、数字射频存储器DRFM、上变频器、功率放大器、发射天线、信号测量装置、控制器。

[0090] 接收天线接收雷达信号，经低噪声放大器，分成两个通道，一个通道经下变频器，进入DRFM处理；另一通道信号进入信号测量单元，获取信号特征信息，这些特征信息输入到控制器，作为伪装效果控制的输入量，控制器与数字射频存储器DRFM串联，按分段时间对控制器的输入指令进行操作，控制器控制雷达信号的分段方式以及调制相位值；DRFM根据分段信号以及调制相位值获得一维和二维干扰信号，处理后的二维干扰信号经上变频器，功率放大器，由发射天线发射。

[0091] 控制器输出控制DRFM实现对信号幅度、频率、相位等的控制和调制，实现不同的伪装效果。通过遮盖，扰乱目标图像实现伪装效果，使合成孔径雷达无法发现和识别目标。伪装效果控制主要体现在对干扰图像块的数量、位置、大小、强度的控制，其中干扰图像块数量由信号处理通道数决定，干扰图像块位置由有源防护伪装装置的安装位置和信号延时量及多普勒调制量控制，干扰图像块大小由分段方式中分段长度控制，干扰图像块强度由信号功率控制。干扰图像的图像块数量，图像块位置，图像块大小，图像块亮度均可控，且可以独立控制，其中信号处理通道数、信号延时量及多普勒调制量以及分段方式均由控制器控制。

[0092] 以车辆目标伪装为例，说明伪装效果，如图4所示合成孔径雷达图像，两个车辆目标A，B均未实施伪装。图5中，两个车辆A，B均独立实施伪装，各自控制干扰图像块大小和亮度。图6中，由车辆A实施协同伪装，控制产生面积较大的干扰图像块，同时遮蔽伪装车辆A自身及车辆B。图7中，由车辆A实施伪装，产生多个干扰图像块，控制干扰图像块的位置，保证遮蔽车辆A和车辆B，同时产生多个图像块，达到迷惑效果。

[0093] 本发明的目标有源伪装方法，采用相位分段调制雷达干扰技术，干扰合成孔径雷达成像，通过干扰图像覆盖目标所在位置及周边，达到改变目标图像特征伪装掩护目标的目的，所述目标，包括地面、水面固定目标和运动目标及目标所在区域。在目标上安装或目标附近布设有源伪装装置，通过接收处理合成孔径雷达工作信号，产生干扰信号，有源伪装装置可用于伪装静止目标和运动目标，适应多波段伪装需求，可与其他有源/无源伪装技术和装置组合使用，其中控制器对DRFM的控制量包括信号幅度、频率、相位等，但不限于这些控制量。

[0094] 实施例实现伪装的过程中有源伪装装置采用转发式结构；信号处理采用DRFM数字信号处理或模拟信号处理方式；采用测频方法控制，侦查设备首先对接收到的敌方信号进行测量，得到信号所处的频段，干扰设备采用相应频段的接收天线，实现对信号的最佳接收。雷达信号的主要信号特征有信号脉冲重复周期，脉冲宽度，带宽，中心频率，脉冲幅度。除此之外有源伪装装置还可采用应答式结构或其他结构；当已知敌方雷达的工作频段即情报信息时，可根据外部输入情报信息进行控制选择相应的干扰机接收天线。

[0095] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。