弹载相控阵高重频雷达前视真实孔径成像方法研究

摘要

高速导弹制导雷达对地面或海面等复杂背景中的静止或慢速运动目标进行检测必须采用成像技术,制导雷达的搜索范围一般为飞行方向的前方区域,前视真实孔径成像以及成像过程中的运动补偿问题是制导雷达需要解决的一个重要问题。由于相控阵雷达瞬时带宽的限制,宽带相控阵雷达一般采用脉间步进频率技术进行带宽合成;为了提高数据率、降低成像积累时间、提高运动补偿精度,需要采用高重频技术。因此,针对高速导弹制导应用背景以及相控阵高重频合成宽带雷达体制开展前视真实孔径成像方法的研究具有重要的意义。
　　本文针对弹载步进频率宽带相控阵雷达的前视真实孔径成像以及地、海杂波背景中的目标探测应用,提出了前视真实孔径超分辨成像的理论方法及其技术实现途径。论文的主要创新性研究工作包括:
　　(1)对相控阵雷达天线的方向图函数进行了详细的分析,指出其在方位、俯仰方向上的不可分离性以及扫描过程中的时(空)变性,提出了基于角度坐标非线性变换以及方位向非均匀采样的方向图函数分离方法;在修正的方位.俯仰坐标系中,实现了方向图函数的分离,为采用最小二乘参数估计方法以及多通道解卷积方法进行前视超分辨成像提供了有利条件,使得成像问题可以转化为简单的线性最小二乘参数估计问题以及线性解卷积问题;
　　(2)建立了相控阵高重频阶梯变频合成宽带雷达的单脉冲和、差通道信号模型以及前视真实孔径成像信号处理中的各种数学模型;研究和提出了前视真实孔径成像过程的运动补偿方法,分析和指出了高重频技术对提高运动补偿精度、改善前视成像质量的重要性;
　　(3)针对弹载步进频率宽带相控阵雷达的前视真实孔径成像以及地、海杂波背景中的目标探测应用,提出了基于方位向非均速扫描和最小二乘参数估计的距离-方位二维成像方法;与传统的单脉冲前视真实孔径成像方法相比,该方法的优点是:对相控阵雷达波束方向图函数在俯仰一方位方向上的不可分离性以及扫描过程中的时变性具有很好的适应性、不需要对方向图函数进行截取处理、适合于扫描过程中的流水线并行处理、具有较高的成像分辨力;
　　(4)将传统的单脉冲和、差双通道解卷积前视成像方法推广到相控阵阶梯变频合成宽带制导雷达以及高速制导应用情况,提出了基于方向图函数拟合、方位向非均匀采样、以及双通道解卷积处理的前视真实孔径超分辨成像方法,该方法的特点是:信号处理的主要过程为傅立叶变换,便于用FFT(快速傅立叶变换)等专用信号处理芯片来实现;但分辨性能相对于最小二乘参数估计方法稍有下降。
　　理论分析与计算机仿真实验结果表明:采用高重频以及适当的运动补偿可以有效克服弹目相对运动对前视真实孔径成像的影响;采用线性最小二乘参数估计以及多通道解卷积处理等超分辨方法进行前视真实孔径成像,可以实现远小于波束宽度的方位分辨能力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:插图索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 相关技术的研究现状

1.4 本文的研究思路以及论文结构

第2章 弹载宽带相控阵雷达前视真实孔径成像

2.1 引言

2.2 单脉冲雷达前视真实孔径成像的基本原理

2.3 宽带相控阵雷达的基本概念

2.3.1 宽带雷达概述

2.3.2 宽带相控阵雷达概述

2.3.2 相控阵天线的基本原理

2.3.3 相控阵雷达在方位向的非均匀采样

2.3.4 子阵的划分

2.3.5 和通道以及方位差通道的方向图函数

2.4 步进频率信号与带宽合成处理

2.4.1 步进频率宽带信号模型

2.4.2 步进频率信号的脉冲压缩处理

2.5 本章小结

第3章 基于线性最小二乘准则的前视真实孔径成像

3.1 “真实孔径超分辨成像”的概念

3.2 “高重频”的概念

3.4 基于最小二乘参数估计的前视真实孔径成像信号处理

3.3.1 信号处理模型

3.3.2 运动补偿

3.3.3 脉冲压缩

3.3.4 片段距离像的拼接处理

3.4 二维前视成像处理

3.4.1 成像模型

3.4.2 成像信号处理

3.5 仿真分析

3.6 本章小结

第4章 基于多通道解卷积的前视真实孔径成像

4.1 多通道解卷积模型

4.2 相控阵合成宽带雷达的多通道解卷积模型

4.3 基于多通道解卷积的前视真实孔径成像信号处理

4.3.1 信号模型

4.3.2 运动补偿

4.3.3 脉冲压缩

4.3.4 片段距离像的拼接处理

4.4 二维前视成像处理

4.4.1 成像模型

4.4.2 成像信号处理

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢

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