高超声速飞行器载共形阵雷达成像技术

Hypersonic vehicle owns many advantages over conventional vehicle,it is the trend that countries all over the world are developing. Combining conformal array with the synthetic aperture radar (SAR) imaging technology, it is possible to realize aerodynamics/invisibility integrative design and high resolution imaging, making it easy to perform detection, indication and tracing for the target. Thus, the performance of the whole guidance system will be enhanced. However, the traditional imaging method does not hold for the high speed moving state of the platform. Therefore, this project focus on the imaging technique for hypersonic vehicle-borne conformal array. Combining compressive sensing (CS) theory and the optimal design method, it is necessary to resort to method of optimization design for Conformal Arraya, new motion compensation method with high efficiency and stability, high-resolution wide-swath imaging algorithm and super-resolution imaging algorithm of forward-looking scan SAR. In addition, the extension and application of the technique have a bright future, and it can be applied to airborne SAR forward-looking imaging, array super resolution processing, unideal motion platform SAR imaging and so on.

高超声速飞行器具有传统飞行器所无可比拟的诸多优势，是目前世界各国正在努力研究和发展的方向。结合共形阵和合成孔径雷达(SAR)成像技术，其能实现气动/隐身一体化设计以及对场景高分辨成像，有利于目标的检测、识别和跟踪，进而可以改善整个制导系统的性能。然而，由于其高速机动的运动状态，使得传统的成像方法不再适用。因此，本项目着重研究高超声速飞行器载共形阵雷达成像技术。结合压缩感知理论(CS)和最优化设计方法，探索共形阵优化设计方法、高效稳健的运动补偿算法、高分辨率侧视大场景成像算法和前视扫描SAR超分辨成像算法。同时，该技术的推广和应用潜力较大，可被广泛应用于机载SAR前视成像、阵列超分辨处理、非理想运动平台SAR成像等诸多方面。

搭载共形阵成像雷达的高超声速飞行器，由于共形阵与飞行载体表面共形，可有效降低其雷达散射截面积(RCS)，并且能利用成像结果进行匹配定位，从而有利于改善整个制导系统的性能。然而，高超声速飞行器高速机动的运动状态，使得传统的成像方法不再适用，因此本项目重点研究了共形阵优化设计方法、高效稳健的运动补偿算法、高分辨率侧视大场景成像算法和前视成像算法，取得了如下重要成果：(1)在共形阵设计技术研究方面，对锥面阵列、柱面阵列、球面阵列的天线方向图进行了建模和推导，研究了改进的基于粒子群和遗传算法的共形阵优化设计方法。(2)针对宽测绘带情况下的弹载SAR成像问题，建立了俯冲弹道条件下的弹载SAR运动误差模型，分析了由弹体运动误差引入的残余多普勒调频率及其对成像的影响。在此基础上提出了一种适用于宽测绘带弹载SAR成像的运动补偿方法。（3）针对高超声速飞行器，高机动运动的特点，项目首先建立了其高阶逼近的斜距模型，基于该模型推导了其2维频谱，在此基础上提出了改进的曲线轨迹大斜视SAR非线性变标成像算法，实现了宽测绘带情况下的大斜视成像。(4)本项目以双天线前视成像模式为着眼点，针对前视弹载SAR存在的左右模糊问题进行研究，提出了一种通过波束形成的方法、利用波程差解左右模糊的算法。(5)针对前视成像分辨率较低的问题，提出了一种基于压缩感知的前视超分辨算法，针对稀疏场景，该方法可以用较少的脉冲数即可获得较好的成像效果。(6)研究了一种前视成像的新体制-雷达关联成像技术，提出了一种提高空时两维随机辐射场随机性的雷达构型，和一种改进的正交化方法，该方法可以获得优于实孔径体制的前视成像效果。