張皓宇,邢世其

(國(guó)防科技大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410073)

0 引 言

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種主動(dòng)式對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng),利用電磁波感知地物目標(biāo)[1-3]。SAR因其強(qiáng)大的工作能力和多波段、多極化、多模式、高分辨等成像特點(diǎn)在電子對(duì)抗博弈中成為電磁干擾的主要對(duì)象[4]。由于SAR數(shù)據(jù)屬于遙感偵察資源,在平時(shí)難以進(jìn)行相關(guān)對(duì)抗試驗(yàn),這就造成了有源干擾“缺少對(duì)手、缺少環(huán)境、缺少標(biāo)準(zhǔn)”等技術(shù)難題。針對(duì)SAR有源干擾的建模仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和效能評(píng)估等需求,本文基于Matlab Appdesigner[5]設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一款有源干擾對(duì)抗仿真軟件,該軟件主要包括SAR有源干擾成像模塊、干擾評(píng)估模塊和干擾檢測(cè)模塊。

本文首先從干擾成像、干擾評(píng)估和干擾檢測(cè)的角度論述SAR有源干擾對(duì)抗基本原理;再分析軟件的整體功能和各子模塊功能需求,從而得出整體的軟件設(shè)計(jì)思路;最后,具體實(shí)現(xiàn)軟件各個(gè)模塊功能,對(duì)軟件功能的有效性、穩(wěn)定性和實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 SAR有源干擾對(duì)抗基本原理

SAR有源干擾對(duì)抗的主要措施為阻止或削弱敵方對(duì)電磁頻譜的有效利用,主要目的是削弱、破壞或欺騙成像結(jié)果,阻止敵方對(duì)敏感區(qū)域的監(jiān)控和對(duì)高價(jià)值目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別[6]。本節(jié)從SAR有源干擾成像、干擾評(píng)估和干擾檢測(cè)3個(gè)方面展開(kāi)討論。

1.1 SAR有源干擾成像

1.1.1 有源干擾信號(hào)模型

表1 典型SAR有源干擾樣式分類

有源干擾會(huì)對(duì)SAR的偵察產(chǎn)生影響,特別是在電磁對(duì)抗環(huán)境下,SAR自身已知發(fā)射信號(hào)的參數(shù),干擾方則需要截獲SAR發(fā)射信號(hào),對(duì)抗雙方的行為模式與信號(hào)參數(shù)之間存在內(nèi)在的約束關(guān)系。

(1) SAR回波信號(hào)模型

考慮SAR發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào):

s(τ)=ωr(τ)exp[j2πf0τ+jπkrτ2]

(1)

式中:τ為距離向快時(shí)間;ωr(τ)=rect(τ/TP)為距離向矩形脈沖包絡(luò),TP為脈寬;f0為信號(hào)載頻;kr為調(diào)頻斜率。

對(duì)目標(biāo)T,經(jīng)過(guò)解調(diào)后的回波信號(hào)表示為:

(2)

(2) 大功率壓制干擾

大功率壓制干擾信號(hào)與SAR信號(hào)在快時(shí)間和慢時(shí)間上不具有任何相干性,干擾機(jī)通過(guò)輻射大功率信號(hào)實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋。典型大功率壓制干擾信號(hào)產(chǎn)生原理和干擾效果的特性均相似,主要有射頻噪聲壓制干擾、調(diào)幅噪聲壓制干擾、調(diào)頻噪聲壓制干擾和調(diào)相噪聲壓制干擾[8]。壓制干擾信號(hào)可統(tǒng)一建模為:

KPMu(t′)+φ0+φ(t)]

(3)

式中:U0為干擾幅度;Un(t)為調(diào)制噪聲;fj為載頻;KFM為調(diào)頻斜率;KPM為調(diào)相斜率;u(t)為調(diào)頻噪聲;φ0為初始相位;φ(t)為可調(diào)相位。

(3) 靈巧壓制干擾

靈巧壓制干擾是指干擾機(jī)在截獲到SAR發(fā)射信號(hào)后,調(diào)制信號(hào),再將干擾信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給SAR,最后形成虛假目標(biāo)或壓制真實(shí)目標(biāo)的干擾方式[9]。由于干擾機(jī)沒(méi)有改變SAR發(fā)射信號(hào)樣式的參數(shù),其產(chǎn)生的干擾信號(hào)與SAR發(fā)射信號(hào)相干或半相干,并且在進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)后,干擾信號(hào)與回波信號(hào)能夠獲得匹配或部分匹配。本文主要介紹4種典型靈巧壓制干擾的原理和數(shù)學(xué)模型:步進(jìn)移頻干擾、微動(dòng)干擾、間歇采樣干擾、延遲多抽頭干擾。

(a) 步進(jìn)移頻干擾

步進(jìn)移頻干擾是指在SAR照射干擾機(jī)的合成孔徑時(shí)間內(nèi),移頻量以固定步進(jìn)量Δfd逐次遞增或遞減變化[10]。設(shè)初始移頻量為fd0,則在合成孔徑時(shí)間內(nèi)的移頻量為:

(4)

式中:TL為合成孔徑時(shí)間。

解調(diào)后,步進(jìn)移頻干擾信號(hào)模型為:

(5)

(b) 微動(dòng)干擾

目標(biāo)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)等微運(yùn)動(dòng)會(huì)造成SAR回波信號(hào)方位向的多普勒調(diào)制,當(dāng)目標(biāo)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),目標(biāo)的SAR回波在慢時(shí)間域η受到相位調(diào)制,調(diào)制相位近似為正弦信號(hào),可以在方位向形成擴(kuò)展假目標(biāo)[11-12]。

因此,SAR微動(dòng)干擾信號(hào)可表示為:

(6)

式中:Am為調(diào)制幅度;ωm=2πfm為調(diào)制角速度;φ0為初始相位。

(c) 間歇采樣干擾

間歇采樣干擾通過(guò)對(duì)SAR信號(hào)的分時(shí)收發(fā)和間歇采樣處理,可以產(chǎn)生前移或滯后的相干假目標(biāo)串,根據(jù)假目標(biāo)串的分布方位,分為距離向和方位向。在截獲到SAR信號(hào)后,距離向間歇采樣干擾先間歇采樣再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),在距離向產(chǎn)生假目標(biāo)串;方位向間歇采樣干擾先進(jìn)行全脈沖高保真度采樣,經(jīng)過(guò)處理后于下一個(gè)或數(shù)個(gè)脈沖重復(fù)周期再轉(zhuǎn)發(fā)出去,如此循環(huán)至合成孔徑時(shí)間結(jié)束,在方位向產(chǎn)生假目標(biāo)串[13]。

間歇采樣信號(hào)為矩形包絡(luò)脈沖串,可表示為:

(7)

式中:t為距離向快時(shí)間τ或方位向慢時(shí)間η;Tw為脈沖寬度;Ts為采樣周期;δ(·)為沖激函數(shù)。

假設(shè)SAR發(fā)射信號(hào)如式(2)所示,距離向采樣后的干擾信號(hào)為:

SJr(τ,η)=pr(τ)sT(τ,η)

(8)

方位向采樣后的干擾信號(hào)為:

SJa(τ,η)=pa(η)sT(τ,η)

(9)

(d) 延遲多抽頭干擾

延遲多抽頭干擾在截獲SAR信號(hào)后,先對(duì)SAR信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),經(jīng)過(guò)一定時(shí)間T延遲后再轉(zhuǎn)發(fā)該信號(hào)。根據(jù)抽頭個(gè)數(shù)N,延遲轉(zhuǎn)發(fā)N次,可在圖像中產(chǎn)生N個(gè)假目標(biāo)串[11]。

干擾信號(hào)模型表示為[12]:

(10)

式中:N表示延遲抽頭個(gè)數(shù);T=2R/c,表示時(shí)間延遲;R為假目標(biāo)串互相的間隔。

(4) 相干欺騙干擾

欺騙干擾信號(hào)與SAR信號(hào)相干,對(duì)偵察的依賴度很高,可以用來(lái)產(chǎn)生分布在一定范圍內(nèi)的具有逼真結(jié)構(gòu)的假目標(biāo)。目前,卷積調(diào)制是常用的欺騙干擾方法之一,但其計(jì)算量較大,與SAR成像分辨率的平方成正比,不適用于產(chǎn)生大范圍、高分辨的欺騙假目標(biāo)[13]?？紤]到仿真的便捷性,本文采用基于時(shí)頻交叉乘積調(diào)制模板的干擾方法來(lái)產(chǎn)生欺騙假目標(biāo),其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小,且受SAR成像的分辨率和場(chǎng)景大小的影響小。

欺騙模板矩陣為m(r,a),將其視作若干點(diǎn)目標(biāo)的線性疊加,原理分析只需要分析某一點(diǎn)目標(biāo)即可。以模板中心為坐標(biāo)原點(diǎn),假設(shè)存在點(diǎn)目標(biāo)m(r0,a0)=1,模板矩陣其余位置為0。首先設(shè)置模板分辨率為dr×da;然后對(duì)模板作補(bǔ)零二維快速傅里葉變換(FFT)和頻譜校正;再進(jìn)行頻域抽取,得到抽取后干擾信號(hào)為[14]:

(11)

SAR接收到的干擾信號(hào)在干擾機(jī)上經(jīng)過(guò)時(shí)頻交叉乘積調(diào)制后表示為:

SJ(τ,η)=sT(τ,η)ms(τ,η)

(12)

1.1.2 SAR回波模擬算法

由ω-k成像算法[15]原理得知,其處理過(guò)程只包含傅里葉變換、復(fù)數(shù)乘法和Stolt插值等線性運(yùn)算。因此,如果進(jìn)行逆運(yùn)算,即可實(shí)現(xiàn)逆成像處理。ω-k成像算法輸出為復(fù)圖像數(shù)據(jù),則逆運(yùn)算的輸入應(yīng)為SAR復(fù)圖像數(shù)據(jù),每個(gè)像素既包含幅度信息,又包含相位信息。逆ω-k成像算法的步驟如圖1所示。

圖1 逆ω-k成像算法流程圖

1.1.3 SAR有源干擾成像仿真

目前整體處于和平時(shí)期,實(shí)測(cè)SAR干擾圖像數(shù)據(jù)較難獲取,開(kāi)展相關(guān)的干擾對(duì)抗試驗(yàn)亦較為困難。本文采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和干擾仿真數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法,生成SAR有源干擾仿真圖像。整體成像仿真流程如圖2所示。

圖2 SAR干擾成像仿真流程圖

首先,選取實(shí)測(cè)SAR圖像數(shù)據(jù)集,獲取其關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行SAR系統(tǒng)建模,包括SAR參數(shù)、圖像幅寬、采樣頻率、分辨率等。然后,采用SAR回波模擬算法對(duì)回波進(jìn)行重構(gòu),得到SAR原始回波數(shù)據(jù),對(duì)SAR成像場(chǎng)景建模仿真。其次,根據(jù)干擾需求,設(shè)定干擾參數(shù),包括干擾機(jī)的數(shù)量和位置,干擾類型及對(duì)應(yīng)的具體參數(shù),生成仿真SAR干擾信號(hào)。再將重構(gòu)得到的SAR回波信號(hào)和干擾信號(hào)疊加,生成SAR干擾成像信號(hào)。最后,通過(guò)CS成像算法[1]得到包含干擾的SAR圖像。

1.2 SAR有源干擾評(píng)估

選取SAR圖像的均值、均方根誤差、等效視數(shù)、信息熵、歐氏距離、結(jié)構(gòu)相似度、相關(guān)系數(shù)7個(gè)指標(biāo)作為SAR干擾指標(biāo)評(píng)估體系中的典型底層指標(biāo),將指標(biāo)計(jì)算的評(píng)估值歸一化處理,根據(jù)重要程度對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),得到綜合干擾強(qiáng)度數(shù)值。

1.2.1 圖像評(píng)估指標(biāo)

SAR圖像評(píng)估指標(biāo)包括基本參數(shù)和內(nèi)容相似性2個(gè)方面。基本參數(shù)的指標(biāo)為[16-17]:

(1) 圖像均值:均值為SAR圖像所有像素值的總和與像素個(gè)數(shù)的比值,均值反映了SAR圖像的平均灰度:

(13)

式中:Ii,j為圖像在點(diǎn)(i,j)處的強(qiáng)度值;M×N為圖像的高度和寬度值。

(2) 均方誤差:表示區(qū)域所有點(diǎn)與均值的偏離程度,反映了不均勻性:

(14)

式中:σ為圖像標(biāo)準(zhǔn)差。

(3) 等效視數(shù):表示圖像灰度統(tǒng)計(jì)均值和標(biāo)準(zhǔn)差的比值,評(píng)價(jià)SAR圖像的相對(duì)幅值強(qiáng)度:

(15)

(4) 圖像熵值:能夠反映灰度分布空間的特征量,本文選擇SAR圖像的鄰域灰度均值作為特征量,與圖像的像素灰度組成特征二元組,記為(i,j),其中i表示像素的灰度值(0≤i≤255),j表示鄰域灰度均值(0≤i≤255),則:

(16)

(17)

式中:f(i,j)為特征二元組(i,j)出現(xiàn)的頻數(shù)。

(5) 歐氏距離:能夠體現(xiàn)圖像幅度數(shù)值特征的絕對(duì)差異,從維度的數(shù)值大小中體現(xiàn)差異。

若三維空間內(nèi)有2個(gè)點(diǎn):a(x1,y1,z1),b(x2,y2,z2),歐式距離定義如下:

(18)

(6) 相關(guān)系數(shù):用于反映圖像干擾前后的統(tǒng)計(jì)相關(guān)特性,相關(guān)系數(shù)與干擾前后圖像差異呈負(fù)相關(guān):

(19)

式中:Cov(X,Y)為協(xié)方差;DX和DY為方差。

(7) 結(jié)構(gòu)相似度:用于衡量2幅圖像相似度的指標(biāo),反映場(chǎng)景中物體結(jié)構(gòu)的屬性:

(20)

式中:μX和μY分別表示圖像X和Y的均值;σX和σY分別表示圖像X和Y的標(biāo)準(zhǔn)差;σXY表示協(xié)方差;C1,C2和C3為常數(shù),是為了避免分母為0而維持穩(wěn)定,通常取C1=(K1×L)2,C2=(K2×L)2,C3=C2/2,一般地,K1=0.01,K2=0.03,L=255(L是像素值的動(dòng)態(tài)范圍,一般都取為255)。

1.2.2 干擾強(qiáng)度數(shù)值

進(jìn)行圖像域SAR有源干擾評(píng)估實(shí)驗(yàn),將各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算的評(píng)估值歸一化處理,對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行整理分析,根據(jù)重要程度對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),得到綜合干擾強(qiáng)度數(shù)值。評(píng)估公式如下所示:

P=T1S1+T2S2+T3S3+T4S4+T5S5

(21)

式中:Tj(j=1,…,4)為各指標(biāo)差值的歸一化,分別為等效視數(shù)差、圖像熵值差、歐氏距離、相關(guān)系數(shù)和結(jié)構(gòu)相似度;Sj(j=1,…,4)為指標(biāo)的評(píng)估權(quán)重,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析優(yōu)化修正。

1.3 SAR有源干擾檢測(cè)

本文SAR有源干擾檢測(cè)通過(guò)圖像自變化檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)。首先,輸入待檢測(cè)的SAR圖像并將SAR圖像的像素倒置,生成倒置圖像;其次,取倒置圖像的周圍部分為隔離區(qū),設(shè)定隔離區(qū)內(nèi)的中央?yún)^(qū)作為參考圖像,通過(guò)平移獲取設(shè)定幅數(shù)的測(cè)試圖像;然后,圖像對(duì)比參考圖像的似然比變化檢測(cè)算子作為差異,并將計(jì)算結(jié)果做像素化處理獲得差異圖像;隨后,計(jì)算所述差異圖像的相鄰灰度比值,將滿足條件的灰度值T作為測(cè)試閾值;最后,對(duì)所有測(cè)試圖像全部完成求解得到多個(gè)測(cè)試閾值并求算術(shù)平均,根據(jù)最終檢測(cè)閾值對(duì)輸入的SAR圖像做二值化處理,并進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波以及面積濾波操作,最終檢測(cè)出圖像中的有源干擾目標(biāo)區(qū)域[18]。

2 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

目前,SAR對(duì)抗技術(shù)發(fā)展日新月異,但是相關(guān)技術(shù)和設(shè)備存在能力底數(shù)不清、運(yùn)用缺乏科學(xué)指導(dǎo)等問(wèn)題。因此,研制設(shè)計(jì)仿真軟件具有實(shí)際工程價(jià)值,能夠輔助分析SAR發(fā)展趨勢(shì)和能力,論證對(duì)SAR電子干擾設(shè)備運(yùn)用,優(yōu)化干擾技術(shù)方案,評(píng)估干擾效能等。

2.1 軟件功能框圖

結(jié)合實(shí)際用途和需求,對(duì)軟件作出如下功能指標(biāo)[19-21]:

(1) 支持SAR信號(hào)回波模擬;

(2) 支持典型SAR成像仿真;

(3) 支持各類干擾樣式的仿真和處理;

(4) 支持干擾效能的評(píng)估和干擾方案優(yōu)選;

(5) 支持SAR干擾圖像中干擾的檢測(cè)和性能評(píng)估。

基于以上軟件功能指標(biāo),結(jié)合Matlab Appdesigner軟件使用說(shuō)明文檔,總結(jié)仿真軟件的整體功能設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 SAR有源干擾對(duì)抗仿真軟件功能框圖

下面主要對(duì)SAR有源干擾對(duì)抗仿真軟件各個(gè)子模塊的任務(wù)需求進(jìn)行功能分析,并完成程序具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2 干擾成像模塊

SAR干擾成像模塊共分為4個(gè)部分,分別為SAR參數(shù)設(shè)置、干擾參數(shù)設(shè)置、場(chǎng)景參數(shù)設(shè)置、SAR干擾成像。圖4為模塊結(jié)構(gòu)框架圖。仿真時(shí),首先需要配置好SAR參數(shù)中的雷達(dá)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)軌道、工作模式等;場(chǎng)景參數(shù)的實(shí)測(cè)圖像文件選定、模板間距;干擾參數(shù)的干擾機(jī)位置、干擾機(jī)性能指標(biāo)、干擾樣式及對(duì)應(yīng)的變量值等。然后加載參數(shù),再進(jìn)行回波模擬疊加回波信號(hào)和干擾信號(hào)。最后通過(guò)成像算法得到無(wú)干擾圖像和干擾圖像。

圖4 SAR干擾成像模塊結(jié)構(gòu)框圖

2.3 干擾評(píng)估模塊

干擾圖像評(píng)估模塊是基于干擾成像模塊實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要組成部分,結(jié)構(gòu)框架如圖5所示。首先選擇讀取干擾成像結(jié)果文件,然后通過(guò)對(duì)比無(wú)干擾圖像和干擾圖像,比較量化得出二者的綜合干擾效能數(shù)值。其中,綜合數(shù)值由各個(gè)量化值加權(quán)計(jì)算得出,包括圖像均值、結(jié)構(gòu)相似度、相關(guān)系數(shù)、歐氏距離、等效視數(shù)差、均方根誤差、圖像熵值差等,運(yùn)算結(jié)果能夠進(jìn)行自動(dòng)保存和傳遞。最后,通過(guò)評(píng)估不同的干擾成像結(jié)果文件,能夠橫向?qū)Ρ炔煌愋偷母蓴_樣式的干擾效能數(shù)值,最終呈現(xiàn)干擾效果較好的干擾樣式,以實(shí)現(xiàn)不同干擾方案的對(duì)比和優(yōu)選功能。

圖5 干擾評(píng)估模塊結(jié)構(gòu)框圖

2.4 干擾檢測(cè)模塊

干擾檢測(cè)模塊是檢測(cè)識(shí)別干擾樣式有效性的方法之一,進(jìn)行干擾檢測(cè)時(shí),程序處理按照?qǐng)D6所示的干擾檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)流程圖執(zhí)行。首先選擇讀取干擾成像結(jié)果文件,文件讀取成功后,會(huì)呈現(xiàn)出無(wú)干擾和干擾圖像對(duì)比。然后通過(guò)圖像自變化檢測(cè)算法[22]進(jìn)行檢測(cè),最后輸出結(jié)果為二值圖像,能夠初步標(biāo)志出圖像可能存在干擾的區(qū)域,對(duì)比呈現(xiàn)干擾效果,以及計(jì)算經(jīng)過(guò)變化檢測(cè)后的亮像素?cái)?shù)。其間還能夠劃取圖像中的特定區(qū)域,進(jìn)行單獨(dú)的干擾檢測(cè),圖像局部和整體的干擾結(jié)果檢測(cè)會(huì)存在一定的偏差,由此操作可以驗(yàn)證和對(duì)比干擾的局部有效性。

圖6 干擾檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件實(shí)現(xiàn)與測(cè)試結(jié)果

根據(jù)軟件功能設(shè)計(jì)方案,仿真軟件共有4個(gè)界面窗口,分別是主界面窗口、SAR干擾成像窗口、干擾評(píng)估窗口、干擾檢測(cè)窗口。

3.1 主界面窗口

主界面窗口如圖7所示,有3個(gè)操作按鈕和1個(gè)菜單選項(xiàng)。3個(gè)操作按鈕分別為干擾成像、干擾評(píng)估和干擾檢測(cè)。選擇不同的操作按鈕,就可以進(jìn)入對(duì)應(yīng)的仿真模塊窗口,進(jìn)行后續(xù)操作。菜單選項(xiàng)對(duì)應(yīng)為軟件運(yùn)行的工作區(qū)域,通過(guò)選擇不同選項(xiàng),能夠設(shè)置軟件運(yùn)行的中間文件和結(jié)果文件在電腦中保存的位置。

3.2 SAR干擾成像窗口

圖8所示界面為SAR干擾成像窗口,選擇主界面的SAR干擾成像即可進(jìn)入。該模塊可以實(shí)現(xiàn)SAR參數(shù)配置、成像場(chǎng)景選擇、有源干擾樣式選擇、干擾參數(shù)設(shè)置等,所得的成像結(jié)果即為對(duì)應(yīng)的無(wú)干擾圖像和干擾圖像。選擇干擾參數(shù)操作按鈕,進(jìn)入干擾參數(shù)設(shè)置窗口,該界面可以錄入和修改干擾機(jī)坐標(biāo)、選擇干擾樣式以及具體的指標(biāo)。選擇雷達(dá)參數(shù)按鈕,進(jìn)入SAR參數(shù)設(shè)置窗口,可以錄入或修改工作頻率、分辨率等。選擇場(chǎng)景參數(shù)按鈕,進(jìn)入場(chǎng)景參數(shù)設(shè)置窗口,該界面可以選擇讀取SAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)文件,錄入或修改成像幅寬。以上各個(gè)窗口的參數(shù)設(shè)置均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取或存儲(chǔ),并自動(dòng)保存為中間變量文件。

確定各項(xiàng)參數(shù)之后,依次點(diǎn)擊3個(gè)操作按鈕,可實(shí)現(xiàn)加載參數(shù)、回波模擬、成像仿真。最終可得到成像結(jié)果文件,在軟件運(yùn)行界面中呈現(xiàn)為無(wú)干擾圖像和干擾圖像。

如圖9所示,以下均為軟件運(yùn)行生成的有源干擾圖像,包括調(diào)幅噪聲壓制干擾、調(diào)相噪聲壓制干擾、步進(jìn)移頻干擾、微動(dòng)干擾、間歇采樣干擾、時(shí)頻交叉成就欺騙干擾、靈巧壓制復(fù)合干擾等。

圖9 SAR 有源干擾仿真結(jié)果圖像

3.3 干擾評(píng)估窗口

生成SAR成像結(jié)果文件之后,即可從主界面選擇相應(yīng)的操作按鈕進(jìn)入干擾評(píng)估和干擾檢測(cè)窗口。圖10為干擾評(píng)估窗口,該窗口上方的左右2側(cè)依次為無(wú)干擾和干擾圖像的顯示以及判別。窗口下方為各類指標(biāo)的量化數(shù)值。首選,選擇讀取結(jié)果文件,可分別得到待評(píng)估干擾圖像的仿真圖;然后,對(duì)比計(jì)算2幅圖像的各類圖像域指標(biāo),輸出得到選定干擾樣式的干擾效能數(shù)值;最后,可選擇不同類型的干擾樣式所對(duì)應(yīng)的結(jié)果文件,再重復(fù)上述評(píng)估操作,對(duì)比各個(gè)干擾方案,輸出最優(yōu)干擾樣式及其所對(duì)應(yīng)的數(shù)值,可實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景下干擾方案的優(yōu)選。

圖10 干擾評(píng)估窗口

本文實(shí)驗(yàn)選定圖10中的(a)、(g)、(j)和(k)4種干擾樣式,分別評(píng)估其干擾效能。依次選取干擾圖像后,經(jīng)軟件運(yùn)行評(píng)估,各項(xiàng)干擾指標(biāo)如表2所示。再運(yùn)行“干擾樣式優(yōu)選”功能,通過(guò)對(duì)比,即可選取干擾系數(shù)最大的樣式,呈現(xiàn)在結(jié)果欄。如圖11所示,經(jīng)綜合評(píng)估,4種干擾樣式中,干擾效果相對(duì)最優(yōu)的是圖10(a)調(diào)幅壓制干擾。

圖11 干擾樣式優(yōu)選結(jié)果

表2 SAR有源干擾評(píng)估指標(biāo)數(shù)值表

3.4 干擾檢測(cè)窗口

與干擾評(píng)估操作類似,圖12所示為干擾檢測(cè)窗口。該窗口的上方為圖像顯示區(qū)域,下方為輸出數(shù)值。首先選擇讀取成像結(jié)果文件,得到仿真圖像。然后通過(guò)該操作界面下方的仿真實(shí)驗(yàn)的控制按鍵,可以實(shí)現(xiàn)圖像自變化檢測(cè),輸出二值圖像和圖像中的亮像素?cái)?shù)值,可以通過(guò)視覺(jué)觀察檢測(cè)得到干擾區(qū)域,實(shí)現(xiàn)干擾圖像的初步檢測(cè)。

圖12 干擾檢測(cè)窗口

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于Matlab Appdesigner設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了SAR有源干擾對(duì)抗仿真軟件,該仿真軟件能夠?qū)崿F(xiàn)SAR有源干擾成像、干擾效能評(píng)估、干擾檢測(cè)3項(xiàng)功能。仿真軟件能夠結(jié)合實(shí)際需求配置各項(xiàng)參數(shù),直觀地顯示干擾成像的結(jié)果;能夠幫助熟悉SAR性能水平以及電子對(duì)抗設(shè)備的干擾能力;能夠輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)SAR對(duì)抗信號(hào)處理算法或技術(shù)。仿真軟件整體上功能完整、運(yùn)行穩(wěn)定、可擴(kuò)展性好,為后續(xù)與SAR干擾對(duì)抗相關(guān)的研究工作提供了便利,在圖像工程、電子對(duì)抗博弈等領(lǐng)域也具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。