基于微多普勒效应的ISAR干扰技术研究

发布时间：2020-04-10 09:43

【摘要】：由于自身全天时、全天候、远距离、高分辨的特点,逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)已被广泛应用于目标检测、运动监测、敌我识别、武器精确制导等领域。近年来,双/多基地ISAR成像系统的出现,大大提高了ISAR的隐蔽性与抗干扰能力。同时,在ISAR基础上发展而来的干涉逆合成孔径雷达(Interferometric Inverse Synthetic Aperture Radar,InISAR)能够获取目标三维几何轮廓信息,从而赋予了ISAR对其目标进行精细刻画、准确识别的能力。因此不论是在军事还是民用领域,ISAR的应用必将更为普遍。与此同时,ISAR目标中微动部件对回波的附加幅频调制现象也引起了人们的关注,并将其命名为微多普勒效应。一方面,由于运动形式、运动参数等因素的不同,微动部件的微多普勒特征也存在差异,由此可将其作为一种用于目标识别分类的显著标识。另一方面,微动部件相对于目标主体运动规律差异较大,在ISAR成像期间普遍存在越距离单元走动现象,导致ISAR无法正确进行运动补偿而得到散焦的二维距离-多普勒图像,这一特性给ISAR干扰技术带来了新的启发。本论文旨在通过对雷达目标微多普勒效应的研究,提出针对单基地ISAR、双/多基地ISAR及InISAR的微动干扰方法。目前针对ISAR的干扰方法主要集中在用于产生具有固定形状假目标的欺骗干扰及相干调制压制干扰方面,利用微多普勒效应的干扰方法并不多见,对双/多基地ISAR及InISAR的微动干扰方法还有待研究。因此,本论文研究内容补充了现阶段针对多种体制ISAR的微动干扰方法,给ISAR对抗的实践提供了理论基础,为成像雷达电子对抗的发展提供了一些新思路。本文内容概括总结为以下五个部分:第一部分首先阐述了本文的选题背景及立题意义,对国内外ISAR成像及其对抗技术的发展进行了整理,并对微多普勒效应的研究现状进行了总结。随后研究了ISAR成像技术的基础理论,包括线性调频信号的特性、运动补偿算法及微多普勒特征分析方法。第二部分对五种ISAR目标中常见的微动形式建立了数学模型,分别包括旋转运动、振动运动、进动运动、鸟类扑翼运动及人体步行运动。通过对各模型ISAR回波进行成像处理得到了不同运动形式的微多普勒频率表达式,并通过时频分析得到了其微多普勒时频曲线,从而提取其微动参数。第三部分针对单基地ISAR提出了三种微动干扰方法。基于调制转发原理的微动干扰方法为,干扰机首先根据微动假目标模板计算其在ISAR回波中的相位调制项及散射延时,随后对采集到的ISAR发射信号进行调制,生成干扰信号并放大转发至ISAR接收机。该干扰方法可根据假目标模板在ISAR图像中对应位置产生微动假目标点,干扰效果可灵活调整,但干扰效果实现的前提为已知ISAR及模板坐标信息,针对这一缺陷,又提出了微动散射波干扰方法。该方法同样对ISAR发射信号进行微动调制,但不同点在于干扰机将干扰信号转发至目标,后散射至ISAR接收机,因此在敌方雷达位置未知情况下仍可进行干扰。此外,还提出了脉冲卷积微动调制干扰,干扰机通过对目标回波特定距离单元的卷积,达到产生微动假目标点的效果,具有实现简单的优点。最后对三种微动干扰方法进行了计算机仿真并根据相关系数、等效视数等指标对干扰效果进行了定量评估。第四部分针对双/多基地ISAR提出了两种微动干扰方法。双/多基地ISAR由于其接收站的无源性和隐蔽性,可大大减小常规干扰方法的影响,针对这一问题提出了微动散射波干扰方法,干扰机将模拟微动假目标点的回波相位信息调制至ISAR发射信号后转发至目标,多个ISAR接收站采集到目标散射的干扰信号后可同时被干扰。但该方法计算量随着假目标点数量的上升而显著增大,因此提出了改进的脉冲卷积散射波干扰方法,该方法通过使用延时脉冲与ISAR发射信号卷积来模拟产生假目标点,通过控制延时变化规律可控制假目标点产生的位置及变化规律,从而达到灵活的干扰效果。最后对两种微动干扰方法进行了模拟仿真并进行了参数分析。第五部分针对InISAR提出了两种基于双通道干扰机的干扰方法。首先微动调制干扰方法为,根据预先设定的三维假目标模板,计算InISAR各天线基线方向的假目标干涉相位,利用坐标不同的两干扰通道同时发射干扰信号,具有特定相位关系的两干扰信号在InISAR各天线基线方向叠加后产生的干涉相位等效于假目标模板的干涉相位,从而对InISAR产生三维干扰效果。随后提出了异频调制干扰方法,通过两干扰通道对InISAR发射信号进行频率不同的正弦调相并延时转发,达到了产生具有时变坐标假目标点的干扰效果。最后通过仿真实验验证了两种三维干扰方法的有效性。
【图文】：

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图 1.2 夸贾林靶场 KREMS 基地，西屋公司在美国国防部高级研究计划署（Advance的领导下研制了对轨道目标成像的逆合成孔径雷达，发射信号为窄带步进频信号。1965 年，ARPA 与美建立了奥尔柯雷达（ARPA Lincoln Laboratory C，，该雷达成为了世界首部宽带成像雷达，即图 1.3 中工作于C波段，可利用Chirp信号对目标进行成像，曾获得中国发射的“东方红”号卫星的二维距离-多形建筑则为夸贾林毫米波雷达，该雷达建造于 199z，除弹道导弹等目标外，还能够跟踪太空垃圾等物

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图 1.2 夸贾林靶场 KREMS 基地初，西屋公司在美国国防部高级研究计划署（Advanced ）的领导下研制了对轨道目标成像的逆合成孔径雷达系，发射信号为窄带步进频信号。1965 年，ARPA 与美同建立了奥尔柯雷达（ARPA Lincoln Laboratory C-b），该雷达成为了世界首部宽带成像雷达，即图 1.3 中达工作于C波段，可利用Chirp信号对目标进行成像，带达曾获得中国发射的“东方红”号卫星的二维距离-多普形建筑则为夸贾林毫米波雷达，该雷达建造于 1990 Hz，除弹道导弹等目标外，还能够跟踪太空垃圾等物体
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.52;TN974;P237

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