空间自旋目标宽带雷达干涉三维成像方法

空间目标三维成像可为目标的特征提取、分类与识别提供重要依据。基于L型三天线干涉成像原理,提出了一种宽带雷达条件下空间自旋目标干涉三维成像方法。首先,分析了雷达发射线性调频(LFM)信号条件下,空间自旋目标在距离-慢时间平面上的成像特点,建立了基于距离-慢时间平面的空间自旋目标干涉三维成像模型;其次,针对建立的干涉三维成像模型中,不同散射点的回波在距离-慢时间平面上会相互交叠的问题,对回波曲线分离、交叉点处理以及一维距离旁瓣的影响等进行了讨论,并给出了解决方法,从而获得目标三维图像。与已有方法相比,该方法可有效克服单基雷达三维成像无法获得目标各散射点真实三维位置以及在双/多基雷达三维成像时多部雷达回波联合处理较困难的问题。最后,仿真实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于Chebyshev正交分解的曲线运动轨迹SAR的Chirp Scaling算法

针对具有三维速度和加速度的曲线运动轨迹合成孔径雷达（SAR），传统的斜距模型无法精确描述其运动特性，曲线历程增加了距离走动现象和方位向时间的高次项，使二维耦合现象更为复杂。本文提出了一种考虑载体平台三维速度和加速度的Chirp Scaling算法以解决曲线运动轨迹SAR成像问题。首先根据运动方程建立斜距表达式，然后对其进行Chebyshev近似，并构造其等效双曲方程形式的斜距模型，推导了具有空变性的距离徙动函数，Chirp Scaling因子以及适用于曲线轨迹的Chirp Scaling成像算法。仿真结果证实了此扩展的等效斜距模型和Chirp Scaling算法在大合成孔径时间下的有效性，并给出了三维加速度的边界值。     

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

 步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。     

准实时性前斜视INS/SAR组合导航滤波算法研究

为消除常规利用正侧视SAR图像辅助导航信息对惯性误差进行修正时的滞后影响,结合前斜视SAR成像工作特性,本文分析提出了新的准实时性组合导航滤波方案和算法,以解决SAR/INS组合导航系统中的量测滞后影响;本文分析了前斜视SAR成像辅助导航系统工作特点,分析了SAR量测输出模型;建立了准实时性前斜视INS/SAR组合导航滤波算法模型,并通过仿真分析了组合导航系统性能。仿真结果表明：采用所提出的惯性/SAR组合方案和算法,可以有效克服成规正侧视SAR辅助匹配输出滞后的影响,有效满足组合系统性能要求。     

高信噪比、高分辨宽测绘带成像

针对传统高分辨和宽测绘带以及高信噪比和宽测绘带之间的矛盾,提出一种基于脉内扫描面阵合成孔径雷达(SAR)系统的二维空域联合处理算法实现高信噪比、高分辨宽测绘带成像。文中首先建立脉内扫描面阵SAR系统模型,该系统采用低脉冲重复频率(PRF)获得宽测绘带信息,同时利用脉内扫描方式获得高信噪比的回波信号。对于低PRF采样宽多普勒谱(对应方位高分辨)引起的多普勒模糊以及脉内扫描引起的距离模糊,提出一种二维空域联合处理算法解距离和多普勒模糊,并且详细地分析了地形高度变化对解模糊算法的影响。最后,通过仿真实验验证了本文算法的有效性。     

方位扫描SAR区域成像研究

研究在SAR区域成像中,通过天线波束方位扫描扩大成像区方位宽度的机理以及信号处理方法。首先描述天线波束扫描的几何关系,推导出为达到要求的成像分辨率以及成像区方位宽度所需的天线波束扫描角速度和扫描角度的计算公式。分析了成像区位置与载机航迹的几何关系。然后讨论方位扫描SAR区域成像信号处理方法,并给出系统点目标响应仿真结果。最后,用试飞实测数据成像做了验证。     

条带模式合成孔径雷达回波数据的聚束成像算法处理

对条带模式SAR和聚束模式SAR的关系进行了研究,给出了一种如何利用聚束成像算法来处理条带模式SAR的原始回波数据的方法,这种方法基于两种模式成像处理器输入数据的不同特点和Dechirp解调原理,同时使用了频谱扩展的方法。在没有聚束模式SAR原始回波数据的情况下,可使用本文的方法利用条带SAR数据来模拟聚束SAR数据,以便研究聚束成像算法。此外在条带 SAR成像过程中,利用文中给出的算法,可以对某一小的目标区域进行精细成像。也可将此方法用于条带SAR的快视成像中。     

运动补偿用惯性器件误差对SAR成像分辨率的影响研究

 为提高合成孔径雷达（SAR）系统的性价比，必须根据SAR成像分辨率的要求和整体系统参数，设计相应精度的运动补偿用捷联惯导系统。在确定SAR运动补偿系统方案和安装方式的基础上，分析不同方向的加速度计和陀螺仪误差对天线相位中心位置测量误差的影响，并利用位置测量误差与SAR成像分辨率之间的关系，进一步明确了不同方向的加速度计和陀螺仪对SAR成像分辨率的影响。研究表明：基于SAR的工作原理和安装方式，x方向加速度计和y方向陀螺仪对SAR成像分辨率的影响明显比其他惯性器件严重；相同误差水平的惯性器件对SAR成像分辨率的影响随着合成孔径时间和工作波长的不同而不同，时间越长，波长越短，影响则越严重。SAR成像仿真证明了结论的正确性。研究结果对于研制高性价比SAR成像运动补偿系统有一定的理论指导意义。     

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。     

基于VLBI的上行组阵标校技术研究

天线组阵能否完全替代大口径天线有一个关键性难题,就是天线阵是否支持上行链路组阵。深空航天器无法将不同地面天线的上行信号对齐,所以上行链路信号的调整必须在地面完成。针对上行组阵发射机相位调整问题,提出一种基于VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)技术的接收模式天线上行组阵标校方案,并对标校精度进行了简要分析。将上行链路时延分解为几何时延和发射系统时延,建立了几何时延模型,通过标定接收时延和发射时延,便可以得到天线阵元间的相位标校值。理论分析结果表明,该方案具有一定的可行性,对上行组阵相位标校的研究具有一定的借鉴意义。     

High-precision RCS measurement of aircraft’s weak scattering source

The radar cross section(RCS) of weak scattering source on the surface of an aircraft is usually less than 40 d Bsm.How to accurately measure the RCS characteristics of weak scattering source is a technical challenge for the aircraft's RCS measurement.This paper proposes separating and extracting the two-dimensional(2D) reflectivity distribution of the weak scattering source with the microwave imaging algorithm and spectral transform so as to enhance its measurement precision.Firstly,we performed the 2D microwave imaging of the target and then used the 2D gating function to separate and extract the reflectivity distribution of the weak scattering source.Secondly,we carried out the spectral transform of the reflectivity distribution and eventually obtained the RCS of the weak scattering source through calibration.The prototype experimental results and their analysis show that the measurement method is effective.The experiments on an aircraft's low-scattering conformal antenna verify that the measurement method can eliminate the clutter on the surface of aircraft.The precision of measuring a 40 d Bsm target is 3–5 d B better than the existing RCS measurement methods.The measurement method can more accurately obtain the weak scattering source's RCS characteristics.     

Depth of Field for SAR with Aircraft Acceleration

Processing synthetic array radar (SAR) data is difficult if the depth of field is small. Aircraft acceleration can severely reduce the depth of field and thereby increase the processing. The effects of aircraft acceleration on the depth of field for three types of SAR processing are analyzed: (1) conventional processing (range-Dopper processing), (2) variable pulse-repetition frequency (PRF) (PRF changes to compensate for aircraft acceleration), and (3) polar format. Polar format is a technique for processing high resolution SAR which has a much larger depth of field in the ground plane than conventional processing. On the other hand, aircraft acceleration will limit the vertical depth of field for polar format to about the same value as for conventional processing. In addition, for polar format, the only component of aircraft acceleration that limits the vertical depth of field is the component normal to the slant plane containing the velocity and range vectors. Vector notation is used to graphically show the effects of aircraft acceleration. In addition to better insight, the vector notation gives equations for SAR compensation that do not depend on a specific coordinate system.     

Airborne array aperture UWB UHF radar-motivation and systemconsiderations

This paper discusses the necessity, feasibility, and technology of FOPEN GMTI. It argues that this functionality may be one mode in a multi-function UWB UHF system, which jointly possesses the capabilities for air target MTI and high resolution FOPEN SAR. The radar platform may be a UAV or an aircraft, whereas, we propose to use the push boom type of antenna mounting previously adopted with the advantage for the CARABAS II UWB VHF SAR. Presently, the push booms will hold a set of UWB UHF antenna elements. This paper relates GMTI to SAR, extended from imaging stationary ground to the 4-parameter set of targets in linear and uniform motion relative to ground. It is recognised that this extended imaging problem depends on one new parameter, i.e., the SAR focusing velocity. The required signal processing may be tackled in an efficient manner by a hierarchical scheme based on iteratively merging subapertures and increasing the resolution. Rejection of stationary clutter and detection occurs on all levels of increasing resolution. This paper also provides a brief presentation of the Swedish FOA efforts to produce an experimental demonstrator of this multi-function radar system     

大型上单翼飞机机翼三维全场变形测量方案

针对大型上单翼飞机在飞行过程中机翼大挠度变形检测难题,提出了大倾角相机视场下机翼的非接触三维全场变形测量方案。根据上单翼飞机结构特点,将预先标定内参数和相机外参数的共轭相机组安装于飞机垂直尾翼上,采集飞行中的机翼变形图像。首先,提出了大倾角弱相关散斑匹配方法,解决了相机在大倾斜角度状态下采集到的机翼变形弱相关图像相关性差,难以相关匹配的问题。其次,由于测量相机安装于垂直尾翼,飞行测量过程中相机会受到气流扰动产生振动,本文提出了一种相机动态校正方法,通过在机背布置预拉伸刚性不动编码标志点,实时解算基准相机的绝对外参数,进而确定共轭相机的绝对外参数,实现所有测量相机外参数的动态校正。最后,开发了机翼变形全场测量软硬件系统,搭建了缩小比例机翼模型试验台并进行了仿真测量,对系统测量精度进行了比对分析。测量结果验证了本方案的有效性、可行性,对实机测量有一定的指导意义。     

一种横向机动弹道下SAR成像算法

针对横向机动弹道下SAR成像回波方位向和距离向严重耦合、弹载SAR平台实时性要求高的特点,提出了一种基于频谱分析的扩展SAR成像算法。首先,以初始距离相同的目标作为成像处理对象,建立了横向机动下弹载SAR成像模型,分析了回波相位和瞬时距离的泰勒展开;然后,采用包含水平面速度和偏航加速度参数的相位因子依次进行距离徙动校正、二次相位补偿和多普勒中心频率补偿,实现了SAR图像的精确聚焦。该算法处理流程简单、实时性高,适合横向机动弹道下的中等分辨率的大斜视成像,给出了算法流程,仿真验证了算法有效性。     

一种地空3D-Massive MIMO信道模型

为了研究地空3D-Massive MIMO系统信道特性,提出一种基于三维单跳同心圆环散射体的地空3D-Massive MIMO信道模型。相比传统地空3D MIMO信道模型有两方面改进,首先是建立了基于单跳圆环散射体3D几何精确位置关系的球面波天线阵元相位偏移模型,其次采用生灭过程对Massive MIMO阵列上的非平稳特性进行建模。推导了该模型的信道统计特征函数,通过对特征函数理论推导值与蒙特卡洛统计值进行仿真对比,验证了理论推导正确性。此外,对所提信道模型与基于平面波的传统地空3D MIMO信道模型的空间相关性进行了分析及仿真对比,结果表明:在远场环境下,两者基本一致;在近场环境下,传统平面波模型不再适用,两者存在差异。最后,对若干组表征信道特征的仿真结果与公开文献中地空信道实际测试数据进行对比分析。表明本模型作为普遍适用性模型,可以根据信道的测试条件、测试环境和测试结果来优化参数配置以趋近于实际信道,以对特定信道进行精确建模。     

基于响应面法的短距/垂直起降飞机近地面升力损失

建立了短距/垂直起降(S/VTOL)飞机近地面升力损失的流场计算模型.通过数值模拟得出特定升力布局的飞机近地面状态各工况的升力损失.采用响应面法获得了飞机升力损失关于喷管落压比（NPR）、来流速度及飞机高度的2阶响应曲面函数及显著影响飞机升力损失的关键因素.并分析了喷管落压比、来流速度及飞机高度对飞机升力损失的交互影响作用，优化得出给定工况范围内升力损失最小的工作点.研究表明:仅考虑单因素影响时，升力损失随高度、落压比的增大而减小，随来流速度的增大而增大；考虑两因素交互作用时，高度与落压比及来流速度与落压比对升力损失存在交互影响，而高度与来流速度对升力损失无交互影响；优化获得的升力损失最小的工作点是飞机距地面高度为9D（D为喷管直径）、喷飞机高度为3、来流速度为0m/s，此时的升力损失为1.3%.