机载单通道雷达实波束扫描的前视探测

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252012Vol33No．122240．2245ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．Cnhkxb@buaa．eduCt3文章编号：iooo一6893(2012)12—2240—06机载单通道雷达实波束扫描的前视探测杨志伟1’*，贺顺1’2，廖桂生11．西安电子科技大学雷达信号处理国防科技重点实验室，陕西西安7100712．西安科技大学通信学院，陕西西安71005

2、4摘要：针对机载单通道雷达采用合成孑L径雷达(SAR)技术、多普勒波束锐化(DBS)技术等途径难以实现载机飞行路线正前方高分辨率成像问题，研究了一种利用方位实波束重叠扫描的新型机载单通道雷达前视探测方法，讨论了提高方位分辨率的可行性和适用条件。该方法根据目标回波强度受到波束扫描增益调制的特点，通过计算修正的Capon空间谱来实现方位超分辨。模拟实验表明，所提方法能够实现机载单通道雷达的前视成像，可以显著提高波束主瓣区域内强弱临近目标的分辨能力。关键词：合成孑L径雷达；多普勒波束锐化；前视成像；波束扫描

3、；超分辨中图分类号：V243．2；TN911．2文献标识码：A利用机载雷达获取观察区域的两维高分辨率图像在民用和军事领域具有广泛的应用前景。不过，目前的主要技术手段需要依赖雷达平台相对目标方位向运动所导致的多普勒频率展宽来提高方位分辨率，包括合成孔径雷达(SAR)和多普勒波束锐化(DBS)等。在波束覆盖飞行路线正前方区域时，即雷达工作在前视模式，观察区域的地面目标回波多普勒带宽几乎为零，且至少两个不同方位位置的地物回波对应相同多普勒中心频率，常规侧视SAR和DBS不具备高分辨率成像的能力，形成固有的前

4、视盲区。近年来，国内外研究人员陆续提出了多种实现机载雷达前视高分辨率成像的技术途径，例如双基SAR[1。“、前视SAR[810。、单脉冲前视成像[1卜”]和逆滤波技术[13。1引。双基SAR需要两部SAR在成像期间维持特殊的几何观察构形，实际使用中的限制因素较多。前视SAR的概念最早由德国宇航中心(DLR)提出，它通过利用切航线天线阵列实现飞行路线正前方区域的高分辨率成像，且能够经过单次航过获取目标区域的三维图像。该技术目前在理论研究、成像算法和工程实现上形成了较为完整的技术体系，并在DRL实验室的E

5、—SAR(ExperimentalairborneSARsys—tern)平台上完成了飞行测试。不过，它的方位向分辨率受切航线天线阵列长度制约，高分辨率要求大尺寸阵列，系统实现较为复杂。单脉冲前视成像技术通过比较一次脉冲回波的和、差通道信号的差异来测量目标角度，能够对波束内的强散射点进行精确定位，可明显改善实波束前视成像的图像质量。事实上，美国的C一130战术运输机和F16一C／D战斗机上装备的雷达均具有单脉冲前视成像功能，成像效果比实波束提高2．5～10收稿日期：2011—12-28；退修日期：20

6、12-05—23；录用日期：2012一06—20；网络出版时间：2012—08—2811：13网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V．20120828．1113002．html基金项目：国家自然科学基金(60901066)；国防预研基金(914xxx001)；教育部博士点新教师基金(20090203120006)和长江学者和创新团队发展计划(IRT一0954)联合资助*通讯作者．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扬志伟，贺犊．廖桂生．枧载单通道雷达实波束扫描的翦视探测．航空学报．2012．33(12)：2240．2245．杨志伟等：机载单通道雷达实波束扫描的前视探测倍，可用于对海监视和载机盲着陆。但

10、是，单脉冲技术在波束内存在多个目标时性能急剧恶化，甚至无法确定目标的正确位置。逆滤波技术基于实孔径雷达信号在方位域是天线方向图与目标后向散射系数的线性卷积特性，通过解卷积操作来获得目标准确的方位位置信息。不过，天线方向图具有低通特性，丢失了原始场景在波束截止频率之外的高频细节信息，导致单通道解卷积技术在试图恢复高频信息时对加性噪声非常敏感，重构结果不连续依赖于测量数据，表现出固有的病态特性。尽管采用多通道解卷积技术在满足一定数学约束条件下可将单通道解卷积