基于浮空平台的微波凝视关联成像若干关键问题研究

摘要

微波凝视关联成像利用多个发射机发射独立随机信号构造波束内时空两维随机变化的辐射场，通过对观测区域辐照而采集得到的回波信号和由计算得到的辐射场的关联处理，实现波束内目标高分辨成像。为了满足微波凝视关联成像雷达对固定、重点区域的连续不间断观测的需求，本文开展基于浮空平台的微波凝视关联成像研究，主要解决以下三个问题:(1)微波凝视关联成像雷达实际发射波形相对于预置波形存在偏差;(2)发射接收天线随浮空平台平移运动;(3)大观测区域成像所需的计算量和存储量与受限的浮空平台资源相矛盾。本文研究工作包括:
　　一、针对问题(1)，推导了包含幅相误差及同步误差的关联成像模型，提出了基于参考接收通道的幅相误差及同步误差校正方法，即在对目标区域观测成像的同时，利用参考接收机采集各辐射单元的直达信号。将包含误差的凝视关联成像分解为两个步骤:首先利用直达信号进行幅相误差及同步误差估计，然后利用估计值对包含误差的成像模型进行补偿并通过关联处理算法进行成像。相对于仅利用回波来估计误差的目标成像方法，论文所提基于参考通道辅助误差估计的方法，实现更为简单且效果更佳。此外，分析了各通道信号参数和参考接收天线的位置及指向对误差估计的影响，得到波形设计和天线布局应满足的准则。
　　二、针对问题(2)，推导了基于平移运动平台的微波凝视关联成像模型，在此基础上分析了平台平移运动及速度测量误差对成像性能的影响。将存在测速误差的平移浮空平台下的微波凝视关联成像问题转换为目标函数的最小化问题，提出了基于牛顿法和粒子群优化的平移速度估计与目标重建联合求解算法。
　　三、针对问题(3)，在窄脉冲关联处理的基础上，针对离散集群目标场景，提出了基于窄脉冲的自适应成像方法。该方法通过系统发射窄脉冲随机信号和对网格误差鲁棒性较好的匹配滤波方法，自适应寻找目标分布区域，实现了距离向和方位向的二维自适应网格划分，避免了在整个成像区域进行均匀网格细分导致测量矩阵规模大的问题。
　　四、考虑基于窄脉冲关联处理方法要求实际成像系统具备发射窄脉冲的能力，而实际发射通道的末级电路为需要具备高响应速度的微波大功率窄脉冲功放，因此需要对此关键组件进行研究。为进一步提高系统的灵活性与适应性，本文研究设计微波大功率变脉冲放大器，保证系统的最窄脉冲输出的前提下，也可调节信号脉宽。设计过程中主要解决高速漏极脉冲调制电路设计和射频脉冲前沿凹陷两个难题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 微波凝视关联成像的研究历史和现状

1．2．1．微波凝视关联成像随机辐射场构造研究进展

1．2．2．微波凝视关联成像关联处理算法研究进展

1．2．3．微波凝视关联成像实验研究进展

1．3 论文相关问题聚焦

1．4 论文主要工作及内容安排

第2章 基于参考通道的幅相及同步误差校正方法研究

2．1 引言

2．2 微波凝视关联成像基础

2．3 包含幅相及同步误差的微波凝视关联成像模型

2．4 基于参考通道的幅相及同步误差校正基本方法

2．5 基于参考通道的幅相及同步误差校正方法优化与讨论

2．5．1．等效直达系数估计算法

2．5．2．幅度、相位及同步误差估计

2．5．3．发射信号参数和参考接收天线位置及指向对误差估计的影响

2．6 仿真及实测数据结果

2．6．1．仿真结果

2．6．2．实测数据验证

2．7 本章小结

第3章 平移运动平台下的关联成像方法研究

3．1 引言

3．2 平移运动平台下的关联成像模型

3．3 平移运动对成像性能的影响分析

3．3．1．平移运动对成像性能的影响

3．3．2．平台速度测量误差对成像性能影响的仿真分析

3．4 速度测量误差校正

3．4．1．速度测量误差校正方法

3．4．2．速度测量误差校正仿真

3．5 本章小结

第4章 窄脉冲关联处理及自适应成像方法研究

4．1 引言

4．2 窄脉冲关联处理基本方法

4．3 基于窄脉冲的自适应成像方法

4．3．1．基于窄脉冲的自适应成像方法基础

4．3．2．目标条带的定位

4．3．3．目标条带内目标区域定位

4．3．4．目标重建

4．4 仿真结果及讨论

4．4．1．目标条带的定位仿真

4．4．2．目标重建仿真

4．4．3．性能仿真

4．5 本章小结

第5章 微波大功率变脉冲放大器的研制

5．1 引言

5．2 微波变脉冲功率放大器设计

5．2．1．组件设计

5．2．2．高速漏极调制及保护电路设计

5．2．3．变脉冲放大器设计

5．2．4．功率分配、合成及散热结构

5．3 功放组件的测试

5．3．1．功放组件实物

5．3．2．功放组件测试

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果