稀疏阵列天基雷达系统分析和运动目标成像探测技术研究
发布时间：2022-01-05 15:38
天基雷达可以在全球范围内实现对地高分辨率成像和运动目标探测,其研制难度非常大,一是探测范围大,需要更高的功率孔径积,而天基平台的功率和天线的规模受限;二是探测目标小,需要更高的探测灵敏度和成像分辨率。稀疏阵列天线技术是解决天基雷达现实难题的有效办法,开展相关研究工作具有重要意义。稀疏阵列天基雷达是指利用稀疏微波成像的理论方法对天基雷达天线进行稀疏化,以实现天基雷达更大的探测能力,适用于空间分辨率要求高、设备体积重量约束条件多的工作环境。基于稀疏微波成像和稀疏阵列天线理论及方法,本论文深入研究了大型稀疏阵列天基雷达系统和运动目标成像探测问题,论文具体研究工作如下:1.研究了天基雷达系统问题。基于大型稀疏阵列天线,本论文论述了天基雷达的技术体制和关键技术,提出了一种稀疏阵列优化方法,设计了基于稀疏阵列的MEO轨道X波段天基雷达系统参数。通过性能分析,采用稀疏阵列天线宽发窄收模式,在同样的功率孔径积情况下,可有效提高雷达的交轨向空间分辨率,为天基雷达的工程化实现提供了一种新的途径。2.研究了通道间相位误差问题。通道间相位误差补偿是保障阵列天线雷达性能的重要环节,本论文提出了一种基于方向图和多...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单个仰角波束馈电的透镜阵列Fig1.2Lensarrayfedbyasingleelevationbeam
第1章绪论5凑、轻型、刚性且可展开的空间结构和可调整的天线电讯系统相结合方式，提出了一种超大规模的用于战略地面目标检测的雷达卫星透镜天线设计理念[23,24]。在此基础上，2004年Toyon研究小组提出了天基雷达（SBR）天线设计为X波段300m×3m有源透镜天线，如图1.1所示。该天线结构为三角形，一面是有源透镜，其他两面安装太阳能薄膜电池以及能向空间辐射热量和静电的特殊薄膜结构，发射前可收拢，发射后采用充气硬化展开，图1.2为其单个仰角波束馈电的透镜阵列原理示意图。该设计在透镜天线的射频效率、封装效率以及热量控制方面都有很大的提高，但其全阵的阵面控制精度需要有特殊措施保证[15]。图1.1美国空军实验室300m×3m有源透镜天线示意图Fig1.1Diagramof300m×3mactivelensantennaofAirForceResearchLaboratory图1.2单个仰角波束馈电的透镜阵列Fig1.2Lensarrayfedbyasingleelevationbeam综上，采用薄膜结构的相控阵天线能够在有效保证天线电性能实现的同时，具备重量轻、收拢体积小的优势，在天基大口径相控阵天线实现上富有竞争力，但其最终实现工程应用仍是一个长期复杂的过程。
稀疏阵列天基雷达系统分析和运动目标成像探测技术研究24在空域稀疏场景中，少数强目标的雷达散射截面积远大于作为背景的自然场景雷达散射截面积，其雷达图像表现为明显的稀疏性。典型示例有普通海况下对海洋场景进行SAR成像时的海面舰船目标，对空进行ISAR成像时的空中飞行目标，如图2.5所示。空域稀疏的稀疏度可定义为est=N（2.28）式中，为目标像素点集合，为目标像素点的个数；N为场景总像素点个数。稀疏度也可以通过估计场景图像中强散射点目标幅度的2范数占整个场景幅度2范数的比例22xx来确定，索引集合的确立满足：1212:||||,cxx∣xxxx（2.29）式中，x为目标集合；cx为背景杂波集合。(a)RadarSat-1海面舰船雷达图像(b)Yak-42空中飞行目标雷达图像图2.5空域稀疏雷达图像Fig2.5Sparseradarimageinspacedomain2.2.6合成孔径雷达观测矩阵稀疏微波成像中的观测矩阵是指将地物场景后向散射系数映射到回波采样数据的变换矩阵，是雷达系统参数和成像几何关系的函数，其性质决定了稀疏微波成像的性能。下面以脉冲压缩为例，说明观测矩阵的构建。假设发射信号为线性调频信号：
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种天基预警雷达目标运动参数估计方法[J]. 周亮,袁俊泉,王万田,郑岱堃. 雷达科学与技术. 2019(04)
[2]天基预警雷达MPRF的设计与选择[J]. 温建雄,袁俊泉,陈文峰,郑岱堃. 空军预警学院学报. 2019(02)
[3]稀疏重航过阵列SAR运动误差补偿和三维成像方法[J]. 田鹤,李道京. 雷达学报. 2018(06)
[4]基于柱形抛物面天线的MIMO SAR研究[J]. 叶恺,禹卫东,徐伟,王伟. 电子与信息学报. 2018(08)
[5]基于修正均匀冗余阵列正反编码的稀疏阵列SAR下视三维成像处理[J]. 田鹤,李道京,潘洁,周建卫. 电子与信息学报. 2017(09)
[6]基于特征分解的方位向多通道SAR相位失配校正方法[J]. 范怀涛,张志敏,李宁. 雷达学报. 2018(03)
[7]基于共形稀疏阵列的艇载外辐射源雷达性能分析[J]. 周建卫,李道京,田鹤,潘洁,胡烜. 电子与信息学报. 2017(05)
[8]大型稀疏阵列天基雷达系统分析[J]. 潘洁,李道京,周建卫,卢晓春. 电子与信息学报. 2016(12)
[9]多发多收SAR波形设计与高分辨成像技术综述[J]. 赵官华,付耀文,聂镭,庄钊文. 系统工程与电子技术. 2016(03)
[10]稀疏微波成像研究进展(科普类)[J]. 吴一戎,洪文,张冰尘,蒋成龙,张柘,赵曜. 雷达学报. 2014(04)
博士论文
[1]天基预警雷达微弱动目标检测跟踪方法研究[D]. 何嘉懿.西安电子科技大学 2016
[2]星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D]. 杨桃丽.西安电子科技大学 2014
本文编号：3570613
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单个仰角波束馈电的透镜阵列Fig1.2Lensarrayfedbyasingleelevationbeam
第1章绪论5凑、轻型、刚性且可展开的空间结构和可调整的天线电讯系统相结合方式，提出了一种超大规模的用于战略地面目标检测的雷达卫星透镜天线设计理念[23,24]。在此基础上，2004年Toyon研究小组提出了天基雷达（SBR）天线设计为X波段300m×3m有源透镜天线，如图1.1所示。该天线结构为三角形，一面是有源透镜，其他两面安装太阳能薄膜电池以及能向空间辐射热量和静电的特殊薄膜结构，发射前可收拢，发射后采用充气硬化展开，图1.2为其单个仰角波束馈电的透镜阵列原理示意图。该设计在透镜天线的射频效率、封装效率以及热量控制方面都有很大的提高，但其全阵的阵面控制精度需要有特殊措施保证[15]。图1.1美国空军实验室300m×3m有源透镜天线示意图Fig1.1Diagramof300m×3mactivelensantennaofAirForceResearchLaboratory图1.2单个仰角波束馈电的透镜阵列Fig1.2Lensarrayfedbyasingleelevationbeam综上，采用薄膜结构的相控阵天线能够在有效保证天线电性能实现的同时，具备重量轻、收拢体积小的优势，在天基大口径相控阵天线实现上富有竞争力，但其最终实现工程应用仍是一个长期复杂的过程。
稀疏阵列天基雷达系统分析和运动目标成像探测技术研究24在空域稀疏场景中，少数强目标的雷达散射截面积远大于作为背景的自然场景雷达散射截面积，其雷达图像表现为明显的稀疏性。典型示例有普通海况下对海洋场景进行SAR成像时的海面舰船目标，对空进行ISAR成像时的空中飞行目标，如图2.5所示。空域稀疏的稀疏度可定义为est=N（2.28）式中，为目标像素点集合，为目标像素点的个数；N为场景总像素点个数。稀疏度也可以通过估计场景图像中强散射点目标幅度的2范数占整个场景幅度2范数的比例22xx来确定，索引集合的确立满足：1212:||||,cxx∣xxxx（2.29）式中，x为目标集合；cx为背景杂波集合。(a)RadarSat-1海面舰船雷达图像(b)Yak-42空中飞行目标雷达图像图2.5空域稀疏雷达图像Fig2.5Sparseradarimageinspacedomain2.2.6合成孔径雷达观测矩阵稀疏微波成像中的观测矩阵是指将地物场景后向散射系数映射到回波采样数据的变换矩阵，是雷达系统参数和成像几何关系的函数，其性质决定了稀疏微波成像的性能。下面以脉冲压缩为例，说明观测矩阵的构建。假设发射信号为线性调频信号：
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种天基预警雷达目标运动参数估计方法[J]. 周亮,袁俊泉,王万田,郑岱堃. 雷达科学与技术. 2019(04)
[2]天基预警雷达MPRF的设计与选择[J]. 温建雄,袁俊泉,陈文峰,郑岱堃. 空军预警学院学报. 2019(02)
[3]稀疏重航过阵列SAR运动误差补偿和三维成像方法[J]. 田鹤,李道京. 雷达学报. 2018(06)
[4]基于柱形抛物面天线的MIMO SAR研究[J]. 叶恺,禹卫东,徐伟,王伟. 电子与信息学报. 2018(08)
[5]基于修正均匀冗余阵列正反编码的稀疏阵列SAR下视三维成像处理[J]. 田鹤,李道京,潘洁,周建卫. 电子与信息学报. 2017(09)
[6]基于特征分解的方位向多通道SAR相位失配校正方法[J]. 范怀涛,张志敏,李宁. 雷达学报. 2018(03)
[7]基于共形稀疏阵列的艇载外辐射源雷达性能分析[J]. 周建卫,李道京,田鹤,潘洁,胡烜. 电子与信息学报. 2017(05)
[8]大型稀疏阵列天基雷达系统分析[J]. 潘洁,李道京,周建卫,卢晓春. 电子与信息学报. 2016(12)
[9]多发多收SAR波形设计与高分辨成像技术综述[J]. 赵官华,付耀文,聂镭,庄钊文. 系统工程与电子技术. 2016(03)
[10]稀疏微波成像研究进展(科普类)[J]. 吴一戎,洪文,张冰尘,蒋成龙,张柘,赵曜. 雷达学报. 2014(04)
博士论文
[1]天基预警雷达微弱动目标检测跟踪方法研究[D]. 何嘉懿.西安电子科技大学 2016
[2]星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D]. 杨桃丽.西安电子科技大学 2014
本文编号：3570613
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3570613.html
