機(jī)載單通道雷達(dá)實(shí)波束掃描的前視探測(cè)

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252012Vol33No．122240．2245ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．Cnhkxb@buaa．eduCt3文章編號(hào)：iooo一6893(2012)12—2240—06機(jī)載單通道雷達(dá)實(shí)波束掃描的前視探測(cè)楊志偉1’*，賀順1’2，廖桂生11．西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安7100712．西安科技大學(xué)通信學(xué)院，陜西西安71005

2、4摘要：針對(duì)機(jī)載單通道雷達(dá)采用合成孑L徑雷達(dá)(SAR)技術(shù)、多普勒波束銳化(DBS)技術(shù)等途徑難以實(shí)現(xiàn)載機(jī)飛行路線正前方高分辨率成像問(wèn)題，研究了一種利用方位實(shí)波束重疊掃描的新型機(jī)載單通道雷達(dá)前視探測(cè)方法，討論了提高方位分辨率的可行性和適用條件。該方法根據(jù)目標(biāo)回波強(qiáng)度受到波束掃描增益調(diào)制的特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算修正的Capon空間譜來(lái)實(shí)現(xiàn)方位超分辨。模擬實(shí)驗(yàn)表明，所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)載單通道雷達(dá)的前視成像，可以顯著提高波束主瓣區(qū)域內(nèi)強(qiáng)弱臨近目標(biāo)的分辨能力。關(guān)鍵詞：合成孑L徑雷達(dá)；多普勒波束銳化；前視成像；波束掃描

3、；超分辨中圖分類號(hào)：V243．2；TN911．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A利用機(jī)載雷達(dá)獲取觀察區(qū)域的兩維高分辨率圖像在民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。不過(guò)，目前的主要技術(shù)手段需要依賴?yán)走_(dá)平臺(tái)相對(duì)目標(biāo)方位向運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的多普勒頻率展寬來(lái)提高方位分辨率，包括合成孔徑雷達(dá)(SAR)和多普勒波束銳化(DBS)等。在波束覆蓋飛行路線正前方區(qū)域時(shí)，即雷達(dá)工作在前視模式，觀察區(qū)域的地面目標(biāo)回波多普勒帶寬幾乎為零，且至少兩個(gè)不同方位位置的地物回波對(duì)應(yīng)相同多普勒中心頻率，常規(guī)側(cè)視SAR和DBS不具備高分辨率成像的能力，形成固有的前

4、視盲區(qū)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員陸續(xù)提出了多種實(shí)現(xiàn)機(jī)載雷達(dá)前視高分辨率成像的技術(shù)途徑，例如雙基SAR[1。“、前視SAR[810。、單脈沖前視成像[1卜”]和逆濾波技術(shù)[13。1引。雙基SAR需要兩部SAR在成像期間維持特殊的幾何觀察構(gòu)形，實(shí)際使用中的限制因素較多。前視SAR的概念最早由德國(guó)宇航中心(DLR)提出，它通過(guò)利用切航線天線陣列實(shí)現(xiàn)飛行路線正前方區(qū)域的高分辨率成像，且能夠經(jīng)過(guò)單次航過(guò)獲取目標(biāo)區(qū)域的三維圖像。該技術(shù)目前在理論研究、成像算法和工程實(shí)現(xiàn)上形成了較為完整的技術(shù)體系，并在DRL實(shí)驗(yàn)室的E

5、—SAR(ExperimentalairborneSARsys—tern)平臺(tái)上完成了飛行測(cè)試。不過(guò)，它的方位向分辨率受切航線天線陣列長(zhǎng)度制約，高分辨率要求大尺寸陣列，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。單脈沖前視成像技術(shù)通過(guò)比較一次脈沖回波的和、差通道信號(hào)的差異來(lái)測(cè)量目標(biāo)角度，能夠?qū)Σㄊ鴥?nèi)的強(qiáng)散射點(diǎn)進(jìn)行精確定位，可明顯改善實(shí)波束前視成像的圖像質(zhì)量。事實(shí)上，美國(guó)的C一130戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸機(jī)和F16一C／D戰(zhàn)斗機(jī)上裝備的雷達(dá)均具有單脈沖前視成像功能，成像效果比實(shí)波束提高2．5～10收稿日期：2011—12-28；退修日期：20

6、12-05—23；錄用日期：2012一06—20；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012—08—2811：13網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．20120828．1113002．html基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(60901066)；國(guó)防預(yù)研基金(914xxx001)；教育部博士點(diǎn)新教師基金(20090203120006)和長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT一0954)聯(lián)合資助*通訊作者．Tel：029．88202580E．mail：zwyang@mail．xidian

7、educn萼

8、尾格式

9、YangZW，Hes，LiaoGS．Forward-lookingdetectionforairbornesingle-channelradarwithbeamscanning．ActaAeronauticaefAstronaut_fcaSinica，2012，33(12)：2240-2245揚(yáng)志偉，賀犢．廖桂生．枧載單通道雷達(dá)實(shí)波束掃描的翦視探測(cè)．航空學(xué)報(bào)．2012．33(12)：2240．2245．楊志偉等：機(jī)載單通道雷達(dá)實(shí)波束掃描的前視探測(cè)倍，可用于對(duì)海監(jiān)視和載機(jī)盲著陸。但

10、是，單脈沖技術(shù)在波束內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)性能急劇惡化，甚至無(wú)法確定目標(biāo)的正確位置。逆濾波技術(shù)基于實(shí)孔徑雷達(dá)信號(hào)在方位域是天線方向圖與目標(biāo)后向散射系數(shù)的線性卷積特性，通過(guò)解卷積操作來(lái)獲得目標(biāo)準(zhǔn)確的方位位置信息。不過(guò)，天線方向圖具有低通特性，丟失了原始場(chǎng)景在波束截止頻率之外的高頻細(xì)節(jié)信息，導(dǎo)致單通道解卷積技術(shù)在試圖恢復(fù)高頻信息時(shí)對(duì)加性噪聲非常敏感，重構(gòu)結(jié)果不連續(xù)依賴于測(cè)量數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出固有的病態(tài)特性。盡管采用多通道解卷積技術(shù)在滿足一定數(shù)學(xué)約束條件下可將單通道解卷積