一种双航InSAR三维欺骗干扰方法

摘要

本发明公开了一种双航InSAR三维欺骗干扰方法，包括以下几个步骤：步骤一：获取SAR欺骗干扰在双航干涉过程中产生的干涉相位模型；步骤二：抵消SAR欺骗产生的相位干扰，根据虚假高程设计三维欺骗相位；步骤三：生成带有预先设计虚假相位的干扰机发射信号；步骤四：根据泰勒公式展开将发射信号分解时间相关和时间无关两部分；步骤五：利用卷积方式设计发射信号，实现快速三维欺骗。本发明不仅可以实现SAR图像的有效欺骗还可以实现干涉相位、高程信息的有效欺骗。

主权项

一种快速的双航InSAR三维欺骗干扰方法，包括以下几个步骤：步骤一、获取SAR欺骗干扰在双航干涉过程中产生的干涉相位模型；设双航InSAR天线发射信号为s₀(t_r,t_a)，当InSAR系统第一次经过被保护场景时干扰机到InSAR传感器的瞬时位置为R_mj(t_a)；干扰机接收到来自InSAR系统的发射信号为：$J_0(t_r,t_a)=s_0(t_r,t_a)\otimes \delta (t_r-\frac{R_{\mathrm{mj}}\left(t_a\right)}{c})---\left(1\right)$其中：t_a为方位向时间(慢时间)，t_r为距离向时间(快时间)，c为光速，δ为单位脉冲函数，代表卷积处理；干扰机将接收到的SAR信号延迟Δτ(t_a)瞬时转发给InSAR系统，InSAR系统接收到来自干扰机的被保护目标的信号为：$\begin{array}{c}{J}_M(t_r,t_a)={\mathrm{GJ}}_0(t_r,t_a)\otimes \sigma (x,y)\delta (t_r-\mathrm{\Delta \tau }\left(t_a\right)-\frac{R_{\mathrm{mj}}\left(t_a\right)}{c})\\ =\mathrm{G\sigma }(x,y)s_0(t_r,t_a)\otimes \delta (t_r-\frac{{2R}_m\left(t_a\right)}{c})\end{array}---\left(2\right)$其中：G为干扰机产生的增益，σ(x,y)为虚假点目标的后向散射系数，R_m(t_a)为InSAR传感器到被保护目标的瞬时斜距；因此，根据式(2)得到干扰机产生的延时为：$\mathrm{\Delta \tau }\left(t_a\right)=\frac{2(R_m\left(t_a\right)-R_{\mathrm{mj}}\left(t_a\right))}{c}---\left(3\right)$同理，当InSAR系统第二次经过被干扰场景时，InSAR系统接收到该点的干扰信号为：$J_S(t_r,t_a)=\mathrm{G\sigma }(x,y)s_0(t_r,t_a)\otimes \delta (t_r-\frac{{2R}_s\left(t_a\right)}{c})---\left(4\right)$其中：R_s(t_a)为InSAR第二次经过时传感器到被保护目标的瞬时斜距；将InSAR系统两次接收到的干扰信号(2)和(4)随同原始回波信号作成像处理可得成像后的欺骗干扰分别为：$J_{M\_\mathrm{out}}(t_r,t_a)=\mathrm{GA\sigma }(x,y)\sin c(t_r-\frac{{2R}_M}{c})\sin c(t_a-t_0)\exp (-j\frac{4\pi }{\lambda }{R}_M)---\left(5\right)$$J_{S\_\mathrm{out}}(t_r,t_a)\approx \mathrm{GA\sigma }(x,y)\sin c(t_r-\frac{{2R}_s}{c})\sin c(t_a-t_0)\exp (-j\frac{4\pi }{\lambda }{R}_S)---\left(6\right)$其中：A为成像产生的压缩增益，sinc(·)为辛格函数，R_M和R_S为对应R_m(t_a)和R_s(t_a)的最短斜距，t₀为场景中心时刻，λ为SAR信号波长，π为圆周率，j代表复数虚部；获取SAR欺骗干扰产生的干涉相位模型为：$\mathrm{\Delta \phi }=-\frac{4\pi }{\lambda }(R_M-R_S)\approx \frac{4\pi B\tan (\alpha +\theta )}{\lambda }---\left(7\right)$其中，B为InSAR基线，tan(·)为正切函数，α为基线倾角，θ与InSAR和被保护场景的相对位置有关；步骤二、抵消SAR欺骗产生的相位干扰，根据虚假高程设计三维欺骗相位；(1)、抵消原干扰相位消除步骤一中干扰产生的相位差Δφ；(2)、设计三维欺骗相位首先，根据InSAR系统与被保护场景的地理几何关系设置虚假场景的高程信息；其次，通过干涉原理计算虚假场景中每一点对应的干涉相位Δφ_deception(x,y)；所以干扰机发射信号时需要乘以的总欺骗相位为：${\mathrm{\Delta \phi }}_{\mathrm{false}}(x,y)=\frac{4\pi }{\lambda }(R_M-R_S)+{\mathrm{\Delta \phi }}_{\mathrm{deception}}(x,y)---\left(8\right)$步骤三：生成带有欺骗相位的干扰机发射信号；改进后的发射信号表示为：$J_{R\_M}(t_r,t_a)={\mathrm{GJ}}_0(t_r,t_a)\otimes \sigma (x,y)\delta (t_r-\mathrm{\Delta \tau }\left(t_a\right))·\exp \left(\mathrm{j\Delta }{\phi }_{\mathrm{false}}(x,y)\right)---\left(9\right)$当InSAR系统第二次经过被保护场景时，未作改进的干扰机发射信号表示为：$J_{R\_S}(t_r,t_a)={\mathrm{GJ}}_0^{\text{'}}(t_r,t_a)\otimes \sigma (x,y)\delta (t_r-\mathrm{\Delta \tau }\text{'}\left(t_a\right))---\left(10\right)$其中，J₀′(t_r,t_a)为InSAR系统第二次经过时干扰机的接收信号，Δτ′(t_a)为本次对应的发射信号延时；步骤四：根据泰勒公式展开将发射信号分成时间相关和时间无关两部分；首先将发射的干扰信号进行距离向傅里叶变换，J_{R_M}(t_r,t_a)经过距离向FFT变换为：J_{R_M}(f_r,t_a)＝Gσ(x,y)J₀(f_r,t_a)exp(‑j2πf_rΔτ(t_a))·exp(jΔφ_false(x,y))    (11)其中：J₀(f_r,t_a)为J₀(t_r,t_a)经过距离向FFT后的结果，f_r代表距离向信号频率；对Δτ(t_a)进行泰勒公式展开可得：$\mathrm{\Delta \tau }\left(t_a\right)=\frac{2}{c}((R_{M0}-R_{\mathrm{MJ}})-\frac{{\mathrm{yv}}_a{t}_a}{R_{M0}}+\frac{{\left(v_a{t}_a\right)}^2}{2}(\frac{1}{R_{M0}}-\frac{1}{R_{\mathrm{MJ}}}))---\left(12\right)$其中：v_a为InSAR系统的飞行速度，y为被保护目标方位向的地面坐标位置，R_M0由被保护目标位置和InSAR的两不变坐标决定，R_MJ由干扰机位置和InSAR的两不变坐标决定；联合公式(11)和(12)将发射信号分成两部分：其中F₁(x,y)＝exp(‑j2πf_r(R_M0‑R_MJ))·exp(jΔφ_false(x,y))    (14)$F_2(x,y)=\exp \left(j2\pi f_r(\frac{{\mathrm{yv}}_a{t}_a}{R_{M0}}-\frac{{\left(v_a{t}_a\right)}^2}{2}(\frac{1}{R_{M0}}-\frac{1}{R_{\mathrm{MJ}}}))\right)---\left(15\right)$F₁(x,y)根据已知条件进行预先设置；F₂(x,y)为方位向时刻的线性及二次函数；同理，InSAR系统第二次经过被保护场景时，干扰机产生的发射信号分解为：其中F₃(x,y)＝exp(‑j2πf_r(R′_M0‑R′_MJ))    (17)$F_4(x,y)=\exp \left(j2\pi f_r(\frac{{\mathrm{yv}}_a{t}_a}{R_{M0}^{\text{'}}}-\frac{{\left(v_a{t}_a\right)}^2}{2}(\frac{1}{R_{M0}^{\text{'}}}-\frac{1}{R_{\mathrm{MJ}}^{\text{'}}}))\right)---\left(18\right)$R′_M0由InSAR第二次经过时被保护目标位置和InSAR的两不变坐标决定，R′_MJ由干扰机位置和InSAR的两不变坐标决定；步骤五：利用卷积方式设计发射信号，实现快速三维欺骗；将式(13)中F₁(x,y)、F₂(x,y)以及后项散射系数的乘积Part I与J₀(t_r,t_a)进行卷积得到J_{R_M}(t_r,t_a)的近似形式；将式(16)中F₃(x,y)、F₄(x,y)以及后项散射系数的乘积Part II与J₀′(t_r,t_a)进行卷积得到J_{R_S}(t_r,t_a)的近似形式，实现快速三维欺骗，最后，通过干扰机发射信号。