[发明专利]高超声速飞行器合成孔径雷达快速时域成像方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器合成孔径雷达快速时域成像方法，包括如下步骤：

1)建立点目标P的信号传播模型：

1a)以雷达的合成孔径中心O为原点建立快速时域成像算法的极坐标成像平面，取极坐标成像平面的点目标P(ρ，θ)，其中ρ表示点目标P与合成孔径中心O的距离，θ为波束斜视角；

1b)在单个脉冲信号传播过程中，假设高超声速飞行器HSV以速度v作匀速直线运动，雷达在t_t时刻发射信号，信号传播τ₁时间后到达点目标P，并被反射，再传播τ₂时间后到达雷达接收机，接收机采样时刻为t_r，建立点目标P的信号传播模型如下：

其中，ξ＝cosθ，c为光速，τ为信号传播双路延时量RTTD；

2)由点目标P的信号传播模型，求解τ，并将τ沿快时间进行泰勒展开，得到RTTD近似量τ'；

3)利用RTTD近似量τ'计算点目标P回波信号获得距离频域信号s(f_r,η)，其中表示快时间，t_a为方位慢时间，f_r为距离频率，η为极坐标图像波束与HSV速度方向的夹角；

4)分析距离频域信号s(f_r,η)中的f_r各阶相位：

4a)对于距离频率二阶相位f_r²项，使用传统匹配滤波器对f_r²项进行匹配滤波，获得匹配滤波之后的距离频域信号s₁(f_r,η)，利用匹配滤波之后的距离频域信号s₁(f_r,η)计算剩余二阶相位误差φ₁；取得到传统匹配滤波器在HSV-SAR成像中仍然有效的门限表达式：

其中，T_p为发射信号脉宽，B为线性调频信号带宽；

4b)利用距离频域信号s(f_r,η)的距离频率一阶相位f_r项计算得到点目标P的斜距R_p，将点目标P的斜距R_p减去传统“走-停”近似模型中的斜距R₀，获得剩余距离单元走动RCM误差Δr；取得到剩余RCM误差可以忽略的门限表达式：

其中max(·)表示最大值，ΔR为距离分辨单元，f_c为信号载频，L为全孔径长度；

5)根据上述两个门限表达式2和3进行成像：

5a)当高超声速飞行器合成孔径雷达HSV-SAR系统参数满足上述两个门限表达式2和3时，使用传统FFBP算法进行HSV-SAR成像；

5b)当HSV-SAR系统参数不满足上述两个门限表达式2和3时，对传统FFBP算法进行改进，即利用如下公式进行距离插值：

其中l为子孔径长度，R为插值距离；

5c)对经过距离插值获得的子孔径图像进行融合，获得全局极坐标图像，将全局极坐标图像转换至直角坐标系，获得高超声速飞行器合成孔径雷达HSV-SAR图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤2)中由点目标P的信号传播模型，求解τ，并将τ沿快时间轴进行泰勒展开，得到RTTD近似量τ'，按如下步骤进行：

2a)为便于求解式1中的τ，引入恒等式：

(τ₂)²-(τ₁)²＝(τ₁+τ₂)²-2τ₁(τ₁+τ₂) (5)

对式1和式(5)进行整理，得信号传播双路延时量：

将式(6)中的接收时刻t_r表示为慢时间t_a与快时间之和，即

将式(7)代入式(6)，可将信号传播双路延时量τ整理为：

2b)将式(8)得到的τ沿快时间进行泰勒展开，得到RTTD近似量τ'：