基于實(shí)波束掃描的相控陣?yán)走_(dá)前視成像

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252014VOl35No71977—1991lSSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn基于實(shí)波束掃描的相控陣?yán)走_(dá)前視成像溫曉楊，匡綱要，胡杰民+，占榮輝，張軍國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410073摘要：實(shí)現(xiàn)機(jī)載或彈載雷達(dá)正前方目標(biāo)區(qū)域高分辨力成像對(duì)提高著陸安全性或制導(dǎo)精度有著重要的意義，基于相控陣?yán)走_(dá)(PAR)工作原理，建立前視掃描過(guò)程中的回波信號(hào)模型，對(duì)目前廣泛研究的解卷積前視成像方法進(jìn)

2、行了深入分析，指出其未能有效提高方位分辨力的原因，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于壓縮感知理論的掃描雷達(dá)前視成像方法。該方法通過(guò)對(duì)大時(shí)寬帶寬積信號(hào)的脈沖壓縮獲得徑向高分辨，并基于場(chǎng)景中的強(qiáng)散射中心分布具有稀疏性(可壓縮)這一事實(shí)，利用壓縮感知最優(yōu)化方法獲得高的方位分辨力，仿真結(jié)果證明了所提方法的有效性，分析了基于壓縮感知前視成像方法的性能。該方法同樣適用于機(jī)械掃描雷達(dá)的前視成像。關(guān)鍵詞：相控陣?yán)走_(dá)；掃描雷達(dá)；回波建模；前視成像；壓縮感知中圖分類號(hào)：V243．2；TN95文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10006893(2014)07197715合成孔徑雷達(dá)在機(jī)載和彈載平臺(tái)上

3、有著廣泛的應(yīng)用，是獲得目標(biāo)區(qū)域高分辨力圖像的重要手段，但是由于原理的限制，它只能獲得航線兩側(cè)目標(biāo)區(qū)域的圖像，在平臺(tái)的正前方存在著固有的成像盲區(qū)[1]，過(guò)去，在需要前視成像的情況下，例如為提高末制導(dǎo)精度，導(dǎo)引頭雷達(dá)需要對(duì)正前方目標(biāo)成像分辨識(shí)別，只能采用實(shí)孔徑掃描的方式成像，而實(shí)孔徑成像又難以達(dá)到要求的分辨力。為克服這個(gè)難題，人們提出了多種解決方案，大體上可以分為兩類：一類是通過(guò)對(duì)航跡或彈道的合理設(shè)計(jì)，平臺(tái)做機(jī)動(dòng)飛行使目標(biāo)區(qū)域在航跡的兩側(cè)來(lái)減少目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的成像盲區(qū)，以此來(lái)回避前視成像問(wèn)題[2]，它的缺點(diǎn)是不僅增加了對(duì)導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)性的要求，而且在攻擊的末端依然存在前視盲

4、區(qū)；另一類是采用各種方法實(shí)現(xiàn)某種程度上的前視成像。目前常見(jiàn)的前視成像方法主要分為以F幾種：1)以德國(guó)SIREV系統(tǒng)為代表的前視陣列成像。該系統(tǒng)主要用于機(jī)載視景增強(qiáng)，已經(jīng)由德國(guó)宇航局申請(qǐng)了專利并發(fā)表了較為完整的技術(shù)文獻(xiàn)口。4]，國(guó)內(nèi)也有較多的學(xué)者進(jìn)行了基于該模型的成像方法的研究[1。5]。它通過(guò)對(duì)前視陣列各陣元收到的信號(hào)進(jìn)行合成孔徑處理獲得方位分辨力，存在的問(wèn)題首先是系統(tǒng)復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)前視成像需要對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的改造，成本較高，并且根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的原理，方位向分辨力受方位向合成孔徑長(zhǎng)度的限制，方位向的合成孔徑長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上是陣列的實(shí)際長(zhǎng)度，由于空中平臺(tái)的限制，

5、尤其是彈載條件下，平臺(tái)較小，難以實(shí)現(xiàn)大的陣列孔徑，因此分辨力不高，這一結(jié)論也可由文獻(xiàn)[6]推導(dǎo)出的分辨力公式得到，因此，即使大規(guī)模的改造投入也難以達(dá)到要求的分辨力。收稿日期：2013—09—29；退修日期：2013—12—25；錄用日期：2014—02—18；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014—03—1707：38網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／107527／S1000—689320130545html基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(61002022)*通訊作者Tel：0731—84574484E-mail：hLJjiemindawang@126c

6、om黽屬格式WenXY，KuangGY，HuJM，etalForward-lookingimagingbasedonrealbeamscanningphasedarrayradar*FJ3ActaAero—nauticaetAstronaut，caSin／ca，2014，35(7)：1977-1991溫曉楊，匡綱要，葫杰民，等基f實(shí)波束掃描的相控唪雷達(dá)前視成像!以航空學(xué)報(bào)，2014，35(77：1977-1991航空學(xué)報(bào)2)基于單脈沖測(cè)角的前視成像方法。該方法在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的研究，文獻(xiàn)[7]～文獻(xiàn)[9]都進(jìn)行過(guò)較為深入的分析，其原理是先通過(guò)對(duì)大時(shí)寬帶寬積信號(hào)

7、的脈沖壓縮實(shí)現(xiàn)徑向上的高分辨力距離成像，然后再對(duì)各個(gè)距離單元單脈沖測(cè)角獲得其方位向信息，這種方法利用了單脈沖技術(shù)較高的測(cè)角精度，但其局限性是在徑向上無(wú)法分辨的目標(biāo)在方位向上也無(wú)法分辨口?，每個(gè)距離單元測(cè)得的方位角是該距離單元內(nèi)所有散射中心等效質(zhì)心的方位角。3)基于陣列信號(hào)測(cè)角的前視成像方法及其改進(jìn)方法口1。”]。實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)對(duì)各陣元接收到的回波信號(hào)進(jìn)行波達(dá)方向超分辨估計(jì)，這種方法的局限性在于需要較多的通道，并且估計(jì)得到的目標(biāo)個(gè)數(shù)要遠(yuǎn)小于通道數(shù)。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)較多目標(biāo)分辨時(shí)需要通道數(shù)較多，增加了設(shè)備量和成本，并且存在海量數(shù)據(jù)問(wèn)題，對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)二維成像的寬帶雷達(dá)信號(hào)來(lái)

8、說(shuō)還需要考慮帶寬的影響，難以滿足成像要