机载战场监视雷达广域成像与航路规划方法研究

摘要

工作在广域地面动目标检测(Ground Moving Target Indication,GMTI)模式下的机载战场监视雷达通过方位向的扫描，可实时监视远距离广域地面场景中的运动目标。该模式下得到的雷达回波数据也可用于广域成像，在短时间内可获得比雷达天线真实波束分辨更精细的广域地面场景图像，为作战提供有效的地形信息支持。本文提出了一种广域多普勒波束锐化(Doppler Beam Sharpening,DBS)图像拼接暗条纹校正方法，该方法可有效消除由波束方向图调制引起的广域DBS图像波位重叠处的暗条纹。 针对未来无人机群代替单架大型飞机执行战场监视任务的发展要求，需要研究分布式机载雷达载机的航路规划方法，以获得对任务区域更好的监视覆盖效果。本文基于差分进化算法的框架，提出了一种分布式机载雷达载机航路规划方法。载机沿该方法规划的航路飞行时，分布式机载雷达可动态地实现对任务区域的最大监视覆盖。本文的具体工作如下： 1．研究了机载战场监视雷达在广域GMTI模式下的工作原理以及信号模型。深入分析了DBS成像技术的原理，并给出了实际工程中DBS成像的数据处理流程，基于该流程对实测数据进行了成像及结果分析。 2．利用基于惯导数据运动补偿的DBS图像拼接方法对实测数据进行了处理，获得了拼接后的广域DBS图像。针对拼接后广域DBS图像上出现影响图像质量的不规则暗条纹问题，本文深入分析了暗条纹产生的原因，创新地提出了一种广域DBS图像拼接暗条纹校正方法，并在该方法的基础上进一步提出了两种数据处理具体方案。该方法通过分析相邻波位回波数据的距离-多普勒关系，拟合出反映扫描周期回波功率与多普勒关系的曲线，依据该曲线对每个波位的距离-多普勒数据进行适度增益补偿，从而实现对拼接暗条纹区域回波功率的校正。实测数据的成像结果证明，该方法可有效消除由波束方向图调制引起的广域DBS图像波位重叠处的拼接暗条纹，成像质量获得了改善。 3．研究了分布式机载雷达协同监视覆盖航路规划问题。该航路规划要求分布式机载雷达可持续地实现对任务区域的动态最大监视覆盖，并且雷达载机无固定飞行终点。针对这种特殊的任务要求，本文提出了分布式机载雷达载机航路规划的数学建模策略，并基于差分进化算法的框架，提出了一种分布式机载雷达载机单步航路规划方法。该方法可实现分布式机载雷达协同监视覆盖的任务要求，并且在某部雷达载机损毁的突发情况下，该方法可引导其余分布式机载雷达尽快地弥补缺失覆盖区域，但规划所得航路偶尔有超出任务区域边界以及航路局域化的情况。为进一步优化这两种情况，本文深入分析了这两种情况出现的原因，并在单步规划方法的基础上改进提出了一种分布式机载雷达载机多步航路规划方法，仿真实验及性能比对实验的结果证明了本文所提航路规划方法的有效性与优越性。

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