一种非线性调频信号调制干扰方法和系统与流程

1.本技术涉及信号处理技术领域，特别涉及一种非线性调频信号调制干扰方法和系统。


背景技术：

2.合成孔径雷达(synthetic aperture radar，简称sar)是一种先进的主动微波成像设备，具备全天时、全天候、远距离、穿透性强的工作能力，可对目标区域进行二维高分辨率成像。因此，合成孔径雷达在军事和民用领域都获得了广泛的应用，尤其是在军事领域，有着极其重要的应用价值。随着军事技术的不断发展，sar在现代电子对抗战中也发挥着日益重要的作用。各种星载或机载sar系统，已逐渐成为获取信息的重要设备，随着当今世界其它国家合成孔径雷达雷达系统的不断发展和应用，在合成孔径雷达系统方面的发展也面临着日益严峻的挑战，保护目标不被敌方sar设备侦查到，已经成为当前电子对抗领域的研究重点。
3.如何压制和扰乱sar设备的成像侦察，实现对高价值目标和要地的有效防护，已成为当前电子对抗领域的研究热难点之一。合成孔径雷达干扰的方法有很多种，按照能量的来源可以分为有源干扰和无源干扰。其中，按照干扰的效果来分，有源干扰又可以分为有源压制干扰和有源欺骗干扰。有源压制干扰需要较大的发射功率；有源欺骗干扰需要较为精确的测量出sar发射信号的载频、调频率、脉宽、带宽等相关参数信息。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种非线性调频信号调制干扰方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供了一种非线性调频信号调制干扰方法，包括：步骤s101、对截获到的sar发射信号的参数信息进行测量，获取sar信号特征；步骤s102、基于驻定相位原理，根据所述sar信号特征，生成非线性调频信号；步骤s103、对所述非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。
8.优选的，步骤s101具体为：基于数字射频技术，对截获到的所述sar发射信号的参数信息进行存储，并通过脉冲描述字测量技术获取所述sar信号特征；其中，所述sar信号特征包括：载频，波束宽度，天线孔径大小和基带信号的带宽、脉冲宽度。
9.优选的，步骤s102具体为：基于驻定相位原理，根据所述sar信号特征，按照公式：
[0010][0011]
生成所述非线性调频信号；
[0012]
其中，s2(t)表示非线性调频信号，t表示基带sar信号的脉冲持续时间，t表示基带sar信号的快时间，f表示基带sar信号的瞬时频率，j表示复数的虚部，τ表示积分变量，τ∈[0，t]。
[0013]
优选的，步骤s103包括：通过预设的分段调制干扰函数，对所述非线性调频信号在时域上进行分段，并在每一段非线性调频信号中调制一个相位值；其中，所述相位值为[0,2π]区间内的任意值；基于时域加权函数，对分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。
[0014]
优选的，所述分段调制干扰函数为：
[0015][0016]
其中，p(t)表示预设的分段调制干扰函数，n表示所述非线性调频信号在时域上的分段数量，n≥1且不大于基带sar信号的采样点数，n为正整数，t表示基带sar信号的快时间，a
i
、a
i 1
分别表示所述非线性调频信号的第i个分段的起点和终点，ε表示单位阶跃函数，为所述非线性调频信号分段后的每一段信号上调制的相位值。
[0017]
优选的，所述基于时域加权函数，对分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，具体为：基于时域加权函数，以每一段非线性调频信号的中心点作为时域加权函数的中心点，对非线性调频信号进行分段加权，其中，每一段所述非线性调频信号的中心点为对应段所述非线性调频信号的中心位置。
[0018]
优选的，所述时域加权函数为余弦加权函数，所述余弦加权函数为：
[0019][0020]
其中，w(t)表示余弦加权函数；t表示基带sar信号的快时间，a为加权系数，a∈[0.5，1]。
[0021]
本技术实施例还提供一种非线性调频信号调制干扰系统，包括：特征获取单元，配置为对截获到的sar发射信号的参数信息进行测量，获取sar信号特征；非线性调频信号单元，配置为基于驻定相位原理，根据所述sar信号特征，生成非线性调频信号；信号处理单元，配置为对所述非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。
[0022]
与最接近的现有技术相比，本技术实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0023]
本技术实施例提供的技术方案中，干扰机截获sar发射信号的参数信息进行测量，获得sar信号特征，基于驻定相位原理，根据所述sar信号特征，生成非线性调频信号；对所述非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号；经过余弦幅度加权的非线性调频信号发射后，目标对象(比如，敌机等)进行脉冲压缩后就会生成相应的sar干扰信号，使目标对象受到干扰。籍此，能够得到具有低旁瓣局部性压制效果的sar干扰信号，有效减少了干扰能量泄漏到旁瓣。
附图说明
[0024]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0025]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种非线性调频信号调制干扰方法的流程示意图；
[0026]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种非线性调频信号调制干扰系统的结构示意图；
[0027]
图3为根据本技术的一些实施例提供的基于海明窗函数生成的非线性调频信号的示意图；
[0028]
图4为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分10段进行相位调制的示意图；
[0029]
图5为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分20段进行相位调制的示意图；
[0030]
图6为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分30段进行相位调制的示意图；
[0031]
图7为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分10段进行相位调制的示意图；
[0032]
图8为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分20段进行相位调制的示意图；
[0033]
图9为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分30段进行相位调制的示意图；
[0034]
图10为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分10段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0035]
图11为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分20段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0036]
图12为根据本技术的一些实施例提供的将线性调频信号分30段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0037]
图13为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分10段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0038]
图14为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分20段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0039]
图15为根据本技术的一些实施例提供的将非线性调频信号分30段调制后进行余弦幅度加权的示意图；
[0040]
图16为根据本技术的一些实施例提供的加权系数为0.54的多相位分段调制生成的sar干扰信号的示意图；
[0041]
图17为根据本技术的一些实施例提供的加权系数为0.75的多相位分段调制生成的sar干扰信号的示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0043]
示例性方法
[0044]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种非线性调频信号调制干扰方法的流程示意图；如图1所示，该非线性调频信号调制干扰方法包括：
[0045]
步骤s101、对截获到的sar发射信号的参数信息进行测量，获取sar信号特征；
[0046]
在本技术实施例中，通过干扰机截获sar发射信号，sar发射信号的参数信息包括：雷达飞行速度、脉冲宽度、雷达载频、带宽、脉冲到达时间。
[0047]
对干扰机截获到的sar发射信号的参数信息进行测量，获取sar信号特征具体为：基于数字射频技术，对干扰机截获到的sar发射信号的参数信息进行存储，并通过采用脉冲描述字测量技术的侦查设备及时获取sar信号特征。即，干扰机首先截获敌方sar发射到保护区域的sar信号，通过数字射频技术进行存储，随后通过采用脉冲描述字测量技术的侦查设备及时获取基带sar信号的速度、带宽、载波频率、波束宽度、天线孔径大小等相关参数指标。
[0048]
在本技术实施例中，基带sar信号的解析表达式如公式(1)所示，公式(1)如下：
[0049][0050]
其中，s1(t)表示基带sar信号，t代表基带sar信号的脉冲持续时间，t代表基带sar信号的快时间，rect表示矩形窗函数，k表示截获到的sar发射信号基带信号的调频率。
[0051]
步骤s102、基于驻定相位原理，根据sar信号特征，生成非线性调频信号；
[0052]
具体的，基于驻定相位原理，根据sar信号特征，按照公式(2)生成非线性调频信号。公式(2)如下：
[0053][0054]
其中，s2(t)表示非线性调频信号，t表示基带sar信号的脉冲持续时间，t表示基带sar信号的快时间，θ(t)表示基带sar信号的信号调制的相位，f表示基带sar信号的瞬时频率，j表示复数的虚部，τ为积分变量，τ∈[0，t]。
[0055]
在本技术实施例中，由公式(2)可知，基带sar信号的瞬时频率f和调制相位的微分关系如公式(3)所示，公式(3)如下：
[0056][0057]
其中，瞬时频率f是时间t的函数，θ表示信号调制的相位。
[0058]
瞬时调频率v是瞬时频率f的微分，如公式(4)所示，公式(4)如下：
[0059]
[0060]
根据驻定相位原理，信号的功率谱密度与调频率的倒数有关。驻定相位原理将每个频率下的功率谱密度和线性调频率联系起来，从而允许使用信号功率谱密度函数的预定形状来生成期望的信号波形。籍此，提供具有较低旁瓣和主瓣展宽的雷达匹配滤波器输出。其中，功率谱的振幅形式如公式(5)所示，公式(5)如下：
[0061][0062]
在本技术实施例中，将窗函数p(f)(泰勒窗、汉宁窗、海明窗等)作为生成非线性调频信号的依据。
[0063]
定义t＝q(f)为瞬时频率f的函数，则由公式(5)可知：
[0064][0065]
则基带sar信号的脉冲持续时间t的等式如公式(6)所示，公式(6)如下：
[0066][0067]
其中，b是sar发射信号的脉冲带宽，c表示常数，c的表达式如公式(7)所示。公式(7)如下：
[0068][0069]
因此生成的非线性调频信号可以样式满足脉冲持续时间和带宽的要求，q(f)的表达式如公式(8)所示，公式(8)如下：
[0070][0071]
显然，瞬时频率f(t)是q(f)的函数。
[0072]
在本技术实施例中，用加权函数的解析表达式来求解反函数通常是困难的，因此我们采用多项式拟合，进行数值求解，按照公式(9)，
[0073]
f(t)＝q
‑1(f)
……………………………
(9)
[0074]
生成瞬时频率f(t)，并代入公式(2)，根据截获的sar发射信号生成非线性调频信号。
[0075]
步骤s103、对非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权；
[0076]
具体的，基于预设的分段调制干扰函数，对非线性调频信号在时域上进行分段，并在每一段非线性调频信号中调制一个相位值；其中，相位值为[0，2π]区间内的任意值；
[0077]
在本技术实施例中，通过预设的分段函数，对非线性调频信号在时域上进行分段时，非线性调频信号的分段长度是任意的，可以是等分的，也可以是非等分的。非线性调频信号分段后每一段的分段函数p
i
(t)的表达式如下：
[0078]
p
i
(t)＝ε(t
‑
a
i
)
‑
ε(t
‑
a
i 1
)
[0079]
则每一段分段函数的组合分段函数如公式(10)所示，公式(10)如下：
[0080][0081]
其中，p
i
(t)表示非线性调频信号分段后每一段的分段函数，p1(t)表示非线性调频信号中每一段分段函数组合后的分段函数，n表示非线性调频信号在时域上的分段数量，n≥1且不大于基带sar信号的采样点数，n为正整数，t表示基带sar信号的快时间，a
i
、a
i 1
分别表示非线性调频信号的第i个分段的起点和终点，ε表示单位阶跃函数。
[0082]
在本技术实施例中，按照分段调制干扰函数：
[0083][0084]
在不同分段的非线性调频信号上，每段附加一个相位值实现对分段后的非线性调频信号的调制，其中，p(t)表示分段调制干扰函数。
[0085]
在本技术实施例中，在不同分段的非线性调频信号上，每段附加一个相位值后，分段调制后的非线性调频信号的表达式如公式(11)所示，公式(11)如下：
[0086][0087]
其中，为非线性调频信号分段后的每一段信号上调制的相位值。
[0088]
在本技术实施例中，基于时域加权函数，对分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，具体的，基于时域加权函数，以每一段非线性调频信号的中心点作为时域加权函数的中心点，对非线性调频信号进行分段加权，其中，每一段非线性调频信号的中心点为对应段非线性调频信号的中心位置。
[0089]
在本技术实施例中，时域加权函数为余弦加权函数，余弦加权函数如公式(12)所示，公式(12)如下：
[0090][0091]
其中，w(t)表示余弦加权函数；t表示基带sar信号的快时间，a为加权系数，a∈[0.5，1]。
[0092]
在本技术实施例中，可以选择泰勒窗、汉宁窗、海明窗等窗函数生成非线性调频信号，并通过控制加权系数a的取值对生成的非线性调频信号进行不同程度的余弦幅度加权。其中，依据海明窗生成非线性调频信号时，a＝0.5；依据汉宁窗生成非线性调频信号时，a＝0.54。
[0093]
在本技术实施例中，可以选择不同的加权系数对分段调制后的非线性调频信号进行不同程度的加权，每段经过余弦幅度加权的非线性调频信号s
w
(t)的表达式如公式(13)所示，公式(13)如下：
[0094][0095]
经过余弦幅度加权的非线性调频信号加载频，生成sar干扰信号。具体的，经过余弦幅度加权后的非线性调频信号进行脉冲压缩后将生成sar干扰信号。压缩后生成的sar干扰信号的函数解析表达式如公式(14)所示，
[0096][0097]
式中，代表进行卷积操作，h(t)表示匹配滤波器的传递函数，h(t)的函数解析表达式如公式(15)所示，公式(15)如下：
[0098][0099]
其中，匹配滤波器用于对非线性调频信号进行脉冲压缩。在此，需要说明的是，经过余弦幅度加权的非线性调频信号s
w
(t)发射后，目标对象的(比如，敌机等)匹配滤波器对余弦幅度加权的非线性调频信号s
w
(t)进行脉冲压缩后，就会生成相对应的sar干扰信号，产生具有局部性压制效果的干扰效果，并能通过控制不同的参数达得到不同的干扰效果，实现对目标对象的有效干扰。
[0100]
在本技术实施例中，干扰机截获sar发射信号的参数信息进行测量，获得sar信号特征，基于驻定相位原理，根据sar信号特征，生成非线性调频信号；对非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。籍此，相对于线性调频信号，利用非线性调频信号整形信号的功率谱密度，能够提供具有更低旁瓣和主瓣展宽的雷达匹配滤波器输出，使得干扰能量更多的集中在主瓣，具有更低的旁瓣，更大的干扰范围，得到具有更低旁瓣局部性压制效果的sar干扰信号，有效减少了干扰能量泄漏到旁瓣，达到理想的干扰效果。
[0101]
示例性系统
[0102]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种非线性调频信号调制干扰系统的结构示意图；如图2所示，该非线性调频信号调制干扰系统包括：特征获取单元、非线性调频信号单元、信号处理单元和干扰信号单元。特征获取单元配置为对截获到的sar发射信号的参数信息进行测量，获取sar信号特征；非线性调频信号单元配置为基于驻定相位原理，根据sar信号特征，生成非线性调频信号；信号处理单元配置为对非线性调频信号进行分段调制，并对经过分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。
[0103]
在一些可选实施例中，特征获取单元进一步配置为基于数字射频技术，对截获到的sar发射信号的参数信息进进行存储，并通过脉冲描述字测量技术获取sar信号特征；其中，sar信号特征包括：载频，波束宽度，天线孔径大小和基带信号的带宽、脉冲宽度。
[0104]
在一些可选实施例中，非线性调频信号单元进一步配置为基于驻定相位原理，根据sar信号特征，按照公式：
[0105][0106]
生成非线性调频信号；
[0107]
其中，s2表示非线性调频信号，t表示基带sar信号的脉冲持续时间，t表示基带sar信号的快时间，f表示基带sar信号的瞬时频率，j表示复数的虚部，τ为积分变量，τ∈[0，t]。
[0108]
在一些可选实施例中，信号处理单元包括：分段调制子单元和加权子单元。分段调制子单元配置为通过阶跃函数，对非线性调频信号在时域上进行分段，并在每一段非线性调频信号中调制一个相位值；其中，相位值为[0,2π]区间内的任意值；加权子单元配置为基于时域加权函数，对分段调制后的非线性调频信号进行余弦幅度加权，以生成sar干扰信号。
[0109]
在一些可选实施例中，加权子单元进一步配置基于时域加权函数，以每一段非线性调频信号的中心点作为时域加权函数的中心点，对非线性调频信号进行分段加权，其中，每一段非线性调频信号的中心点为对应段非线性调频信号的中心位置。
[0110]
本技术实施例提供的非线性调频信号调制干扰系统能够实现上述任一非线性调频信号调制干扰方法实施例的步骤、流程和有益效果，在此不再一一赘述。
[0111]
示例性应用
[0112]
在图4
‑
图15中，线性调频信号、非线性调频信号均是在加权系数为0.5、分段长度相同下的结果。由图4
‑
图9可知，图7、图8、图9分别相较于图4、图5、图6，可见随着分段数量的增加，非线性调频信号和线性调频信号的干扰主瓣都在增大，相应的幅度都在下降，且非线性调频信号相较于线性调频信号具有更宽的主瓣。
[0113]
由图10
‑
图15可知，图13、图14、图15分别相较于图10、图11、图12，可见，经过余弦幅度加权后非线性调频信号相较于线性调频信号具有更宽的主瓣，更低的旁瓣，能量更好的集中在了主瓣；且在分段数为30的时效果最佳，只在主瓣内形成类似噪声的压制性干扰效果。
[0114]
图16、17分别是在加权系数为0.54、0.75的情况下对非线性调频信号分30段调制后形成的图像。由图4
‑
图17可见，通过控制不同的分段数量、加权系数、分段长度、可以实现干扰能量范围的精准、有效控制，基本消除旁瓣的影响。
[0115]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。