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《彈載前側(cè)視SAR成像及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究.docx》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、彈載前側(cè)視SAR成像及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜,為實(shí)現(xiàn)末制導(dǎo)階段的精確導(dǎo)航與打擊,雷達(dá)導(dǎo)引頭正發(fā)揮著越來越重要的作用。在末制導(dǎo)階段,雷達(dá)導(dǎo)引頭一般具有低分辨搜索、高分辨成像、高分辨跟蹤的工作流程。在低分辨搜索階段,雷達(dá)波束進(jìn)行大范圍掃描并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)初步篩選。轉(zhuǎn)入高分辨成像模式后,雷達(dá)獲取疑似目標(biāo)的高分辨圖像并進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確選擇。在高分辨跟蹤階段,對目標(biāo)位置進(jìn)行高精度測量,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航修正與攻擊點(diǎn)選擇,最終完成打擊。本文圍繞高分辨成像階段的合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar,SAR)成像這一
2、關(guān)鍵技術(shù)展開研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.研究了前側(cè)視快速時(shí)域成像方法。在現(xiàn)有快速分解后向投影(FastFactorizedSARBack-Projection,FFBP)算法的基礎(chǔ)上,提出了基于目標(biāo)檢測技術(shù)的自適應(yīng)FFBP(AdaptiveFFBP,AFFBP)算法,提高了時(shí)域成像算法的處理效率。標(biāo)準(zhǔn)FFBP算法執(zhí)行逐像素點(diǎn)插值和積累,計(jì)算效率較低。AFFBP算法的核心思想是將目標(biāo)檢測技術(shù)嵌入FFBP成像過程中,子孔徑低分辨圖像經(jīng)過目標(biāo)檢測后,輸出目標(biāo)像素點(diǎn)坐標(biāo),后續(xù)處理便可以只對目標(biāo)像素點(diǎn)進(jìn)行插值和積累。為避免目標(biāo)
3、檢測算法的重復(fù)運(yùn)行,設(shè)計(jì)了多幅子孔徑圖像的自適應(yīng)目標(biāo)檢測方法。與傳統(tǒng)“先成像后檢測”的處理方式不同,AFFBP實(shí)現(xiàn)了“邊檢測邊成像”,它能夠保留目標(biāo)像素點(diǎn)并剔除雜波背景,減少插值次數(shù),提高計(jì)算效率。仿真與實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性和高效性。AFFBP算法適用于稀疏場景成像,如海面場景。2.研究了前側(cè)視SAR的距離空變自聚焦算法。在傳統(tǒng)圖像偏置(Map-Drift,MD)算法的基礎(chǔ)上,提出了擴(kuò)展的圖像偏置(ExtendedMD,EMD)算法,實(shí)現(xiàn)對距離空變相位誤差的精確估計(jì)和校正。MD算法適用于正側(cè)視成像模式,且僅能估計(jì)非空
4、變相位誤差。彈載SAR通常工作于前側(cè)視模式,而且相位誤差的距離空變性通常是不能忽略的,這限制了MD算法的應(yīng)用,需要對其進(jìn)行擴(kuò)展。提出的EMD算法首先估計(jì)非空變相位誤差,然后估計(jì)距離空變相位誤差。在距離空變相位誤差估計(jì)過程中,EMD建立了線性空變運(yùn)動(dòng)誤差模型,并確定了最優(yōu)線性空變系數(shù),最終實(shí)現(xiàn)前側(cè)視SAR精確聚焦。實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了EMD算法的有效性。3.研究了飛行平臺(tái)的三維航跡誤差估計(jì)算法,利用加權(quán)總體最小二乘(WeightedTotalLeastSquare,WTLS)估計(jì)核提高了三維航跡誤差的估計(jì)精度。首先,在雷達(dá)波束照射范圍
5、內(nèi),選擇多個(gè)局部場景,并利用后向投影算法獲得多幅局部圖像。之后,建立了基于有限離散余弦系數(shù)的銳度最優(yōu)目標(biāo)函數(shù),并對局部圖像進(jìn)行銳度最優(yōu)自聚焦處理,獲得多個(gè)局部相位誤差函數(shù)。在局部相位誤差函數(shù)估計(jì)過程中,對銳度最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的梯度進(jìn)行了加權(quán)估計(jì),能夠避免得到局部最優(yōu)解。接下來,根據(jù)三維航跡誤差和局部相位誤差函數(shù)之間的投影關(guān)系,建立了線性方程組,并利用WTLS估計(jì)核提高航跡誤差求解精度。利用更新后的航跡參數(shù)進(jìn)行成像,能夠獲得聚焦良好的SAR圖像。實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。4.研究了前側(cè)視SAR的距離-方位兩維空變自聚焦算法,實(shí)
6、現(xiàn)對兩維空變相位誤差的精確估計(jì)和校正。首先建立了兩維空變相位誤差的多項(xiàng)式信號(hào)模型。為求解該模型,通過兩維滑窗自動(dòng)選擇多個(gè)局部圖像?；诰植繄D像數(shù)據(jù),利用加權(quán)斜視相位梯度自聚焦(WeightedSquintPhaseGradientAutofocus,WSPGA)估計(jì)核獲得多個(gè)局部相位誤差函數(shù)。然后,將這些局部相位誤差函數(shù)聯(lián)立,并利用WTLS估計(jì)核確定兩維空變誤差模型中的未知系數(shù)。最后,在FFBP成像過程中可以實(shí)現(xiàn)逐像素點(diǎn)相位誤差校正,獲得聚焦的圖像。實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。5.研究了前側(cè)視模式下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)聚焦問題,提出
7、基于高階相位誤差校正的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像(High-orderPhaseCorrection-basedGroundMovingTargetImaging,HPC-GMTIm)算法。軍事目標(biāo)機(jī)動(dòng)性較強(qiáng),在前側(cè)視SAR觀測期間,引入的高階相位項(xiàng)是不可忽略的。HPC-GMTIm算法在子孔徑周期內(nèi)假設(shè)目標(biāo)勻速運(yùn)動(dòng),而全孔徑周期內(nèi)認(rèn)為目標(biāo)機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樽涌讖街芷诤芏?勻速運(yùn)動(dòng)假設(shè)通常是成立的?；趧蛩龠\(yùn)動(dòng)假設(shè),子孔徑信號(hào)可簡化為三階多項(xiàng)式函數(shù)。利用Hough變換估計(jì)多普勒中心,分?jǐn)?shù)階傅里葉變換抽取多普勒調(diào)頻率后,可以獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在子孔徑周期內(nèi)的
8、瞬時(shí)多普勒頻率(DopplerFrequency,DF)?；谧涌讖降乃矔r(shí)DF估計(jì)值,利用總體最小二乘估計(jì)核可以反演出全孔徑周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正與聚焦。與現(xiàn)有GMTIm算法相比,HPC-GMTIm算法能夠估計(jì)更多高階相位,提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)
