無(wú)人機(jī)載sar系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究

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1、第一章引言第一章引言1.1概述合成孔徑雷達(dá)（SyntheticApertureRadar）是一種高分辨率的成像雷達(dá)，利用它，可以在能見(jiàn)度極差的氣象條件下得到光學(xué)照相的高分辨率雷達(dá)圖像。這里的高分辨率包含兩方面的含義：即高的方位向分辨率和足夠高的距離向分辨率。合成孔徑雷達(dá)通過(guò)發(fā)射大帶寬信號(hào)或極窄脈沖來(lái)獲得高的距離分辨率，并利用合成孔徑技術(shù)獲得高的方位向分辨率。與普通的光學(xué)儀器相比，合成孔徑雷達(dá)的成像不受氣候、晝夜等因素影響，可以全天候、全天時(shí)成像；通過(guò)適當(dāng)選擇波長(zhǎng)，可以穿透一定的遮蔽物成像；雷達(dá)圖像分辨率與波長(zhǎng)、載機(jī)飛行速度雷達(dá)作用距離無(wú)關(guān)，能獲得高分辨率雷達(dá)圖像；采用側(cè)視成像方

2、式，測(cè)繪帶可以離航跡很遠(yuǎn)。合成孔徑雷達(dá)的出現(xiàn)擴(kuò)展了原始的雷達(dá)概念，使它具有對(duì)目標(biāo)（飛機(jī)、導(dǎo)彈、地面等）進(jìn)行成像和識(shí)別的能力，并在微波遙感應(yīng)用方面表現(xiàn)出越來(lái)越大的潛力，為人們提供越來(lái)越多的有用信息，對(duì)國(guó)防技術(shù)現(xiàn)代化、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的意義。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使合成孔徑雷達(dá)得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用，例如地形測(cè)繪和地質(zhì)研究，各種目標(biāo)的高分辨率實(shí)時(shí)全天候的監(jiān)測(cè)，海洋研究與監(jiān)測(cè)，軍事偵察等方面。因此，成像雷達(dá)技術(shù)越來(lái)越受到國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家的重視，是競(jìng)爭(zhēng)激烈、發(fā)展迅速的技術(shù)領(lǐng)域。1.2國(guó)外發(fā)展情況無(wú)人偵察飛機(jī)在近幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中領(lǐng)盡風(fēng)騷，在北約對(duì)科索沃的戰(zhàn)爭(zhēng)是戰(zhàn)爭(zhēng)史上動(dòng)用無(wú)人偵察機(jī)規(guī)模最

3、大的一次，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)調(diào)用了數(shù)百架無(wú)人機(jī)，執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察和目標(biāo)指引的飛行任務(wù)超過(guò)4000小時(shí)。無(wú)人偵察機(jī)現(xiàn)已成為美軍空中偵察活動(dòng)不可缺少的組成部分。北約官員把美國(guó)的“捕食者”(Predator)無(wú)人偵察機(jī)譽(yù)為盟軍在“黑暗”中行動(dòng)的一顆“明星”。由于近年來(lái)適用無(wú)人機(jī)載的SAR、SAR/MTI雷達(dá)技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)展，部分已達(dá)到裝備的水平，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了無(wú)人偵察機(jī)的開(kāi)發(fā)和裝備的規(guī)模。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前裝載有SAR雷達(dá)的無(wú)1電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文人偵察機(jī)有十余個(gè)系統(tǒng)，如美國(guó)研制的裝備有HISAR的GlobalHawk系統(tǒng)、裝備TESAR的Predator系統(tǒng)，以色列研制的裝

4、備有EL/M-2055的Search系統(tǒng)等。“全球鷹”(GlobalHawk)無(wú)人機(jī)是由美國(guó)泰里達(dá)因·瑞安公司研制的一種高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)，反映了當(dāng)代無(wú)人機(jī)最高水平。無(wú)人機(jī)長(zhǎng)13-53m，翼展35.42m，起飛重量10394kg，有效載荷970kg，巡航速度640km/h，巡航時(shí)間42h，飛行高度19800m，機(jī)上配裝“海薩”（HISAR）雷達(dá)，具備條帶、聚束、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等多種模式，其最大探測(cè)距離可達(dá)200km，最高分辨率可達(dá)0.3m，成為無(wú)人機(jī)載SAR/GMTI的經(jīng)典范例。圖1-1全球鷹探測(cè)系統(tǒng)裝備TeSAR的Predator偵察系統(tǒng)在近幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中大顯身手，在一定程度上

5、也促進(jìn)了各國(guó)軍方對(duì)無(wú)人機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的研制熱情。圖1-2Prodator與TeSAR雷達(dá)圖1-3Lynx的樣機(jī)與APY-8雷達(dá)2第一章引言美國(guó)Sandia試驗(yàn)室研制的Lynx雷達(dá)，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，已成為高性能多模式合成孔徑雷達(dá)輕小型化的杰出代表。從最初的220kg科研樣機(jī)開(kāi)始，為適應(yīng)GNAT-750中空長(zhǎng)續(xù)航時(shí)無(wú)人駕駛飛機(jī)的裝載要求研制的APY-8減重為52kg，而在此基礎(chǔ)上研制的MiniSAR重量更是不超過(guò)14kg。圖1-4改進(jìn)后的MiniSAR設(shè)備與成像結(jié)果未來(lái)發(fā)展將使機(jī)載雷達(dá)設(shè)備更為輕小，美國(guó)iMSAR公司研制的NanoSAR是目前通過(guò)實(shí)際飛行合成孔徑雷達(dá)中最輕的，機(jī)載設(shè)

6、備重量?jī)H有2lbs，不超過(guò)1kg；而其分辨率可達(dá)0.5m，探測(cè)距離可達(dá)2km。圖1-5NanoSAR的外觀及掛飛圖圖1-6NanoSAR的成像結(jié)果利用MIMO技術(shù)的三維成像系統(tǒng)ARTINO安裝于小型無(wú)人機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)正下方的三維成像，對(duì)于城市規(guī)劃建設(shè)等民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。3電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文圖1-7具備下視三維成像的ARTINO系統(tǒng)1.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)在無(wú)人機(jī)SAR偵察系統(tǒng)起步較晚，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與可解的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)以西工大、北航、南航等院校引領(lǐng)中型無(wú)人機(jī)的研制，而同時(shí)以中科院電子所，中國(guó)電科第10所、14所、38所，中航雷達(dá)與電子設(shè)備研究院，兵器工業(yè)部第

7、206所等多家單位均開(kāi)展了輕小型機(jī)載SAR系統(tǒng)的研制工作。1.2本文研究?jī)?nèi)容合成孔徑雷達(dá)基于理想狀態(tài)下載機(jī)平臺(tái)的水平直線勻速運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際工作中，載機(jī)的飛行狀態(tài)時(shí)刻發(fā)生變化，而無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由于機(jī)體輕小，且速度慢，受飛機(jī)機(jī)動(dòng)、振動(dòng)及大氣湍流的影響比較大，實(shí)際航跡與水平直線勻速運(yùn)動(dòng)相去較遠(yuǎn)，從而造成回波信號(hào)多譜勒相位的畸變，產(chǎn)生各種相位誤差，導(dǎo)致SAR圖象主瓣展寬、旁瓣電平增大，以及圖象質(zhì)量惡化。載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差包括天線相位中心誤差和天線指向誤差。天線相位中心誤差會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)回波信號(hào)的相位存在誤差，