[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

说明书

本发明公开了一种高超声速飞行器合成孔径雷达快速时域成像方法，主要解决现有成像方法在该雷达系统中聚焦性能下降的问题。其实现过程为：1)建立信号传播模型；2)利用信号传播模型求解双路延时量；3)利用双路延时量获得传统“走‑停”模型失效的两个门限表达式；4)根据这两个门限表达式进行成像：当高超声速飞行器合成孔径雷达参数满足两个门限表达式时，使用传统成像算法进行成像；反之，使用优化的距离插值公式对传统成像算法进行改进，获得改进的成像算法，再利用改进的成像算法进行成像。本发明能够精确求解高超声速飞行器合成孔径雷达信号的双路延时量，提高SAR图像分辨率，可用于高超声速飞行器远程侦察与预警。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及一种高超声速飞行器合成孔径雷达快速时域成像方法，可用于高超声速飞行器合成孔径雷达HSV-SAR的远程侦察与预警。

背景技术

近年来，高超声速飞行器HSV成为各国的研究热点，美、俄、法、德、日均在进行这方面的研究。高超声速飞行器一般是指飞行高度在20～100千米之间，飞行速度几倍于甚至十几倍于音速的飞行器，它综合了航空航天领域众多学科的新技术，代表了未来航空航天领域的研究发展方向。HSV能够实现“2小时全球到达”的战略目标，完成快速远程战场侦察、火控制导和精确打击。在各国大力发展HSV飞行器的同时，研究和发展基于该平台的传感器探测，尤其是合成孔径雷达探测技术，具有重要的战略意义。

HSV的飞行轨道通常呈现跳跃式飞行特点，其机动性要强于传统SAR飞行平台，如机载、星载SAR。文章“Synthetic aperture radar processing using fast factorizedback-projection，IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.39,no.3,pp.760-776,Jul.2003”提出的快速分解后向投影(Fast Factorized Back-projection,FFBP)算法为一种高效的快速时域成像算法，能够直接利用HSV跳跃式飞行轨迹进行成像。该方法是基于“走-停”近似信号模型实现的，但是HSV的高空、高速飞行特点使得“走-停”近似模型难以始终成立，当HSV-SAR系统参数不满足该近似条件时，导致传统FFBP聚焦性能下降。

虽然文章“A New Signal Model for a Wideband Synthetic Aperture ImagingSensor,Can.J.Remote Sensing,vol.37,no.2,pp.171-183,2011”对“走-停”近似模型进行了详细分析，获得了精确的回波信号传播双向延时量RTTD。但是该文中的RTTD分析是基于直角坐标系，并不适用于FFBP算法极坐标系成像平面。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，充分考虑HSV高空、高速运动特点对回波信号传播RTTD的影响，提出一种高超声速飞行器合成孔径雷达快速时域成像方法，以解决传统FFBP成像算法聚焦性能下降的问题。

实现本发明目的的技术思路是：在极坐标系中建立HSV-SAR回波信号传播模型，由信号传播模型求解信号传播双向延时量RTTD，利用RTTD获得两个重要的门限表达式，利用此两个门限表达式判断传统“走-停”近似是否成立，当HSV-SAR系统参数满足“走-停”近似时，使用传统FFBP算法进行成像；当HSV-SAR系统参数不满足“走-停”近似时，对传统FFBP算法进行改进，实现HSV-SAR成像。具体步骤包括如下：

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；