一種雙航InSAR三維欺騙干擾方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙航InSAR三維欺騙干擾方法，包括以下幾個(gè)步驟：步驟一：獲取SAR欺騙干擾在雙航干涉過(guò)程中產(chǎn)生的干涉相位模型；步驟二：抵消SAR欺騙產(chǎn)生的相位干擾，根據(jù)虛假高程設(shè)計(jì)三維欺騙相位；步驟三：生成帶有預(yù)先設(shè)計(jì)虛假相位的干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)；步驟四：根據(jù)泰勒公式展開(kāi)將發(fā)射信號(hào)分解時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無(wú)關(guān)兩部分；步驟五：利用卷積方式設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速三維欺騙。本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)SAR圖像的有效欺騙還可以實(shí)現(xiàn)干涉相位、高程信息的有效欺騙。
【專利說(shuō)明】—種雙航I nSAR三維欺騙干擾方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)電子對(duì)抗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，是指一種雙航干涉合成孔徑雷達(dá)(簡(jiǎn)稱InSAR)的快速三維欺騙干擾方法。

【背景技術(shù)】
[0002]InSAR技術(shù)主要是利用兩部或兩部以上SAR獲取同一區(qū)域的回波信號(hào)，成像后經(jīng)干涉處理得到不同信號(hào)之間的相位差，利用相位差和高程信息之間的定量關(guān)系來(lái)估計(jì)場(chǎng)景地形高程信息。因此，InSAR既保持了 SAR的成像特征，又根據(jù)其相干特性產(chǎn)生了新的特點(diǎn)。雙航InSAR是指雷達(dá)通過(guò)重復(fù)掃描同一區(qū)域得到兩次回波信號(hào)的過(guò)程。
[0003]目前InSAR及InSAR電子對(duì)抗是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，然而針對(duì)InSAR的電子對(duì)抗主要集中在壓制干擾，沒(méi)有關(guān)于三維欺騙干擾的相關(guān)研究。要深入探索InSAR的干擾性能并實(shí)現(xiàn)InSAR三維欺騙，首先有必要從SAR欺騙干擾方法著手展開(kāi)研究，通過(guò)分析SAR欺騙干擾方法對(duì)InSAR的影響，尋找其在成像、相關(guān)配準(zhǔn)以及解纏過(guò)程中的薄弱點(diǎn)，最后達(dá)到有效欺騙InSAR以及實(shí)現(xiàn)虛假三維立體目標(biāo)的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)雙航InSAR快速的三維立體目標(biāo)欺騙，通過(guò)分析SAR欺騙干擾和雙航干涉的基本原理，得到SAR欺騙干擾產(chǎn)生的干涉相位模型，另一方面根據(jù)需要產(chǎn)生的虛假立體目標(biāo)高程信息設(shè)計(jì)欺騙干涉相位并抵消SAR欺騙產(chǎn)生的相位差，從而得到干擾機(jī)產(chǎn)生的帶有虛假相位的發(fā)射信號(hào)。為了進(jìn)一步提高干擾機(jī)的運(yùn)算速率與信號(hào)處理能力，利用泰勒公式展開(kāi)將發(fā)射信號(hào)分解為時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無(wú)關(guān)兩部分信號(hào)，通過(guò)瞬時(shí)卷積轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)一種快速雙航InSAR三維欺騙干擾方法。
[0005]一種雙航InSAR三維欺騙干擾方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0006]步驟一:獲取SAR欺騙干擾在雙航干涉過(guò)程中產(chǎn)生的干涉相位模型；
[0007]步驟二:抵消SAR欺騙產(chǎn)生的相位干擾，根據(jù)虛假高程設(shè)計(jì)三維欺騙相位；
[0008]步驟三:生成帶有預(yù)先設(shè)計(jì)虛假相位的干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)；
[0009]步驟四:根據(jù)泰勒公式展開(kāi)將發(fā)射信號(hào)分解時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無(wú)關(guān)兩部分；
[0010]步驟五:利用卷積方式設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速三維欺騙。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012](I)本發(fā)明提出了一種全新的雙航InSAR三維欺騙干擾方法。在此之前，關(guān)于InSAR的電子對(duì)抗只集中在壓制干擾，沒(méi)有人做過(guò)雙航InSAR三維欺騙干擾的研究工作。因此，本發(fā)明為電子對(duì)抗領(lǐng)域中雙航InSAR干擾提供了一種新的途徑。
[0013](2)本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)SAR圖像的有效欺騙還可以實(shí)現(xiàn)干涉相位、高程信息的有效欺騙；
[0014](3)本發(fā)明中利用泰勒展開(kāi)公式將干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)分成時(shí)間無(wú)關(guān)和時(shí)間相關(guān)兩部分，通過(guò)瞬時(shí)卷積的方式實(shí)現(xiàn)快速三維欺騙。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0016]圖2是本發(fā)明中實(shí)施電子對(duì)抗的雙航InSAR干擾場(chǎng)景；
[0017]圖3是本發(fā)明中未加干擾時(shí)的天線回波信號(hào)；
[0018]圖4是本發(fā)明中實(shí)施示例生成的原始SAR圖像；
[0019]圖5是本發(fā)明中實(shí)施不例生成的SAR欺騙場(chǎng)景；
[0020]圖6是本發(fā)明中加入SAR欺騙干擾后的主圖像；
[0021]圖7是本發(fā)明中帶SAR欺騙干擾的雙航InSAR干涉相位圖；
[0022]圖8是本發(fā)明中加入InSAR三維欺騙干擾后的主圖像；
[0023]圖9是本發(fā)明中帶InSAR欺騙干擾的干涉相位圖；
[0024]圖10是本發(fā)明中相位濾波后的干涉相位圖；
[0025]圖11是本發(fā)明中對(duì)濾波后的干涉相位進(jìn)行相位解纏的結(jié)果；
[0026]圖12是本發(fā)明中經(jīng)過(guò)高程反演得到的數(shù)字高程信息。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]本發(fā)明是一種快速的雙航InSAR三維欺騙干擾方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0029]步驟一、獲取SAR欺騙干擾在雙航干涉過(guò)程中產(chǎn)生的干涉相位模型。
[0030]通過(guò)布置干擾場(chǎng)景，預(yù)設(shè)InSAR系統(tǒng)、干擾機(jī)以及干擾目標(biāo)的場(chǎng)景位置，建立干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)及InSAR系統(tǒng)接收信號(hào)模型。研究常規(guī)SAR欺騙干擾在InSAR系統(tǒng)兩次經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的回波模型、成像模型，進(jìn)一步分析該干擾在干涉過(guò)程中產(chǎn)生的相位模型。
[0031]設(shè)雙航InSAR天線發(fā)射信號(hào)為S(l(t。ta)，當(dāng)InSAR系統(tǒng)第一次經(jīng)過(guò)被保護(hù)場(chǎng)景時(shí)干擾機(jī)到InSAR傳感器的瞬時(shí)位置為Rn^ta)。干擾機(jī)接收到來(lái)自InSAR系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)為:

【權(quán)利要求】
1.一種快速的雙航InSAR三維欺騙干擾方法，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一、獲取SAR欺騙干擾在雙航干涉過(guò)程中產(chǎn)生的干涉相位模型； 設(shè)雙航InSAR天線發(fā)射信號(hào)為Stl (t" ta)，當(dāng)InSAR系統(tǒng)第一次經(jīng)過(guò)被保護(hù)場(chǎng)景時(shí)干擾機(jī)到InSAR傳感器的瞬時(shí)位置為Rn^ta);干擾機(jī)接收到來(lái)自InSAR系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)為:
其中:ta為方位向時(shí)間(慢時(shí)間)，tr為距離向時(shí)間(快時(shí)間)，c為光速，δ為單位脈沖函數(shù)，?代表卷積處理；干擾機(jī)將接收到的SAR信號(hào)延遲Λ τ (ta)瞬時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給InSAR系統(tǒng)，InSAR系統(tǒng)接收到來(lái)自干擾機(jī)的被保護(hù)目標(biāo)的信號(hào)為:
其中:G為干擾機(jī)產(chǎn)生的增益，σ (x，y)為虛假點(diǎn)目標(biāo)的后向散射系數(shù),Rm(ta)為InSAR傳感器到被保護(hù)目標(biāo)的瞬時(shí)斜距；因此，根據(jù)式(2)得到干擾機(jī)產(chǎn)生的延時(shí)為:
同理，當(dāng)InSAR系統(tǒng)第二次經(jīng)過(guò)被干擾場(chǎng)景時(shí)，InSAR系統(tǒng)接收到該點(diǎn)的干擾信號(hào)為:
其中:Rs(ta)為InSAR第二次經(jīng)過(guò)時(shí)傳感器到被保護(hù)目標(biāo)的瞬時(shí)斜距； 將InSAR系統(tǒng)兩次接收到的干擾信號(hào)(2)和(4)隨同原始回波信號(hào)作成像處理可得成像后的欺騙干擾分別為:
其中:A為成像產(chǎn)生的壓縮增益，sine (.)為辛格函數(shù)，Rs^PRs為對(duì)應(yīng)Rm(ta)和Rs(ta)的最短斜距，t0為場(chǎng)景中心時(shí)刻，λ為SAR信號(hào)波長(zhǎng)，π為圓周率，j代表復(fù)數(shù)虛部； 獲取SAR欺騙干擾產(chǎn)生的干涉相位模型為:..Απ /? s.ΑπΒ tan(6ir + θ)
其中，B為InSAR基線，tan(.)為正切函數(shù)，α為基線傾角，Θ與InSAR和被保護(hù)場(chǎng)景的相對(duì)位置有關(guān)； 步驟二、抵消SAR欺騙產(chǎn)生的相位干擾，根據(jù)虛假高程設(shè)計(jì)三維欺騙相位； (I)、抵消原干擾相位 消除步驟一中干擾產(chǎn)生的相位差Λ φ ；(2)、設(shè)計(jì)三維欺騙相位 首先，根據(jù)InSAR系統(tǒng)與被保護(hù)場(chǎng)景的地理幾何關(guān)系設(shè)置虛假場(chǎng)景的高程信息；其次，通過(guò)干涉原理計(jì)算虛假場(chǎng)景中每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干涉相位Λ ΦΜοη(χ, y);所以干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)需要乘以的總欺騙相位為:
步驟三:生成帶有欺騙相位的干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)； 改進(jìn)后的發(fā)射信號(hào)表示為:
當(dāng)InSAR系統(tǒng)第二次經(jīng)過(guò)被保護(hù)場(chǎng)景時(shí)，未作改進(jìn)的干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)表示為:
其中，Jc/ (tr, ta)為InSAR系統(tǒng)第二次經(jīng)過(guò)時(shí)干擾機(jī)的接收信號(hào)，Δ τ ' (ta)為本次對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)延時(shí)； 步驟四:根據(jù)泰勒公式展開(kāi)將發(fā)射信號(hào)分成時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無(wú)關(guān)兩部分； 首先將發(fā)射的干擾信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，Jej(tr, ta)經(jīng)過(guò)距離向FFT變換為:Jeji (fr, ta) =Go (x, y) J0 (fr, ta) exp (-j2 JifrA τ (ta)) *exp(j Δ φ?3?36 (x, y)) (11)其中Jci(Gta)為Jci(Uta)經(jīng)過(guò)距離向FFT后的結(jié)果，f；代表距離向信號(hào)頻率；對(duì)Δ τ (ta)進(jìn)行泰勒公式展開(kāi)可得:
其中:'為InSAR系統(tǒng)的飛行速度，y為被保護(hù)目標(biāo)方位向的地面坐標(biāo)位置，Rmci由被保護(hù)目標(biāo)位置和InSAR的兩不變坐標(biāo)決定，Rmj由干擾機(jī)位置和InSAR的兩不變坐標(biāo)決定；聯(lián)合公式(11)和(12)將發(fā)射信號(hào)分成兩部分:
F1 (x, y)根據(jù)已知條件進(jìn)行預(yù)先設(shè)置；F2(x，y)為方位向時(shí)刻的線性及二次函數(shù)； 同理，InSAR系統(tǒng)第二次經(jīng)過(guò)被保護(hù)場(chǎng)景時(shí)，干擾機(jī)產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)分解為:

R' M(1由InSAR第二次經(jīng)過(guò)時(shí)被保護(hù)目標(biāo)位置和InSAR的兩不變坐標(biāo)決定，R' w由干擾機(jī)位置和InSAR的兩不變坐標(biāo)決定； 步驟五:利用卷積方式設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速三維欺騙； 將式(13)中F1 (X，y)、F2 (X，y)以及后項(xiàng)散射系數(shù)的乘積Part I與Jci (tr, ta)進(jìn)行卷積得到JK—M(tr，ta)的近似形式；將式(16) *F3(X，y)、F4(X，y)以及后項(xiàng)散射系數(shù)的乘積PartII與J/ (H)進(jìn)行卷積得到Jks(H)的近似形式，實(shí)現(xiàn)快速三維欺騙，最后，通過(guò)干擾機(jī)發(fā)射信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S7/38GK104076340SQ201410331322
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】徐華平, 武哲峰, 李景文 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)