高超声速平台前斜视合成孔径雷达地面运动目标检测技术研究

摘要

高超声速飞行器一般飞行在20~100km临近空间且飞行速度超过5倍音速，具有“高空、高速”双高特性和高机动性。然而高超声速飞行器前斜视对地探测时会遇到诸多问题：如严重的多普勒展宽、巨大的距离走动和多普勒中心偏移、严重的距离-方位耦合以及回波信号多普勒谱模糊等。本文针对高超声速飞行器载雷达平台，对其杂波特性、合成孔径雷达前斜视成像以及地面运动目标检测三个方面进行研究。 首先，分析了高超声速平台的杂波特性：（1）分析了杂波的距离-多普勒特性以及距离维和多普勒维模糊对杂波距离-多普勒谱的影响。（2）分析了杂波的空时二维谱特性，指明非正侧视阵结构时杂波存在严重的距离非均匀性，并分析了平台高度和平台速度对杂波空时谱的影响。（3）分析了杂波的距离走动特性及距离走动原因，并定量计算了高超平台下杂波的距离走动量。 其次，建立了高超平台回波信号精确模型，并分析了平台径向速度和加速度对匹配滤波的影响。随后提出了一种高超声速飞机巡航段前斜视合成孔径雷达大场景精确成像算法，该算法首先进行精确距离走动校正完成二维频域解耦合，接着在距离维对回波进行精确脉压匹配滤波，随后再将回波信号变到二维频域完成二次距离压缩，接下来对回波进行线频调变标处理将场景中不同斜距处距离弯曲统一，并补偿距离弯曲，最后对回波进行方位三次相位补偿、方位压缩以及剩余相位补偿得到聚焦良好的成像结果。 最后，针对高超声速飞行器前斜视合成孔径雷达地面运动目标检测，相继提出了改进的双通道相位中心偏置天线杂波抑制方法和多通道模糊杂波抑制方法。双通道相位中心偏置天线杂波抑制方法先对回波进行时域距离走动校正完成二维解耦，然后对回波信号进行三阶线性调频傅里叶变换(Chirp Fourier Transform,CFT)充分压缩其多普勒带宽，避免多普勒谱折叠，接着对不同通道回波信号进行相位偏差补偿实现距离和方位包络对齐，最后在距离压缩-方位CFT域采用相位中心偏置天线方法实现抑制静止杂波并保留运动目标的目的，该方法可以将运动目标最小可检测速度减小一半。多通道模糊杂波抑制方法在距离压缩-方位CFT域利用数字波束形成技术对杂波及其模糊分量置零进行空时自适应杂波抑制，能有效抑制静止杂波及其模糊分量并提取出无模糊的运动目标回波信号，该方法可以减少一半的空域自由度数。

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