无人机载sar系统运动补偿技术研究

《无人机载sar系统运动补偿技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章引言第一章引言1.1概述合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar）是一种高分辨率的成像雷达，利用它，可以在能见度极差的气象条件下得到光学照相的高分辨率雷达图像。这里的高分辨率包含两方面的含义：即高的方位向分辨率和足够高的距离向分辨率。合成孔径雷达通过发射大带宽信号或极窄脉冲来获得高的距离分辨率，并利用合成孔径技术获得高的方位向分辨率。与普通的光学仪器相比，合成孔径雷达的成像不受气候、昼夜等因素影响，可以全天候、全天时成像；通过适当选择波长，可以穿透一定的遮蔽物成像；雷达图像分辨率与波长、载机飞行速度雷达作用距离无关，能获得高分辨率雷达图像；采用侧视成像方

2、式，测绘带可以离航迹很远。合成孔径雷达的出现扩展了原始的雷达概念，使它具有对目标（飞机、导弹、地面等）进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力，为人们提供越来越多的有用信息，对国防技术现代化、国民经济建设具有十分重要的意义。正是这些优点，使合成孔径雷达得到了广泛的实际应用，例如地形测绘和地质研究，各种目标的高分辨率实时全天候的监测，海洋研究与监测，军事侦察等方面。因此，成像雷达技术越来越受到国际上技术先进的国家的重视，是竞争激烈、发展迅速的技术领域。1.2国外发展情况无人侦察飞机在近几次局部战争中领尽风骚，在北约对科索沃的战争是战争史上动用无人侦察机规模最

3、大的一次，美国、德国、法国和英国调用了数百架无人机，执行战场侦察和目标指引的飞行任务超过4000小时。无人侦察机现已成为美军空中侦察活动不可缺少的组成部分。北约官员把美国的“捕食者”(Predator)无人侦察机誉为盟军在“黑暗”中行动的一颗“明星”。由于近年来适用无人机载的SAR、SAR/MTI雷达技术取得长足进展，部分已达到装备的水平，从而进一步扩大了无人侦察机的开发和装备的规模。据初步统计，目前装载有SAR雷达的无1电子科技大学工程硕士学位论文人侦察机有十余个系统，如美国研制的装备有HISAR的GlobalHawk系统、装备TESAR的Predator系统，以色列研制的装

4、备有EL/M-2055的Search系统等。“全球鹰”(GlobalHawk)无人机是由美国泰里达因·瑞安公司研制的一种高空长航时无人侦察机，反映了当代无人机最高水平。无人机长13-53m，翼展35.42m，起飞重量10394kg，有效载荷970kg，巡航速度640km/h，巡航时间42h，飞行高度19800m，机上配装“海萨”（HISAR）雷达，具备条带、聚束、动目标检测等多种模式，其最大探测距离可达200km，最高分辨率可达0.3m，成为无人机载SAR/GMTI的经典范例。图1-1全球鹰探测系统装备TeSAR的Predator侦察系统在近几次局部战争中大显身手，在一定程度上

5、也促进了各国军方对无人机载合成孔径雷达的研制热情。图1-2Prodator与TeSAR雷达图1-3Lynx的样机与APY-8雷达2第一章引言美国Sandia试验室研制的Lynx雷达，经过多次改进，已成为高性能多模式合成孔径雷达轻小型化的杰出代表。从最初的220kg科研样机开始，为适应GNAT-750中空长续航时无人驾驶飞机的装载要求研制的APY-8减重为52kg，而在此基础上研制的MiniSAR重量更是不超过14kg。图1-4改进后的MiniSAR设备与成像结果未来发展将使机载雷达设备更为轻小，美国iMSAR公司研制的NanoSAR是目前通过实际飞行合成孔径雷达中最轻的，机载设

6、备重量仅有2lbs，不超过1kg；而其分辨率可达0.5m，探测距离可达2km。图1-5NanoSAR的外观及挂飞图图1-6NanoSAR的成像结果利用MIMO技术的三维成像系统ARTINO安装于小型无人机上，可实现对飞机正下方的三维成像，对于城市规划建设等民用领域具有广泛的应用前景。3电子科技大学工程硕士学位论文图1-7具备下视三维成像的ARTINO系统1.1国内研究现状国内在无人机SAR侦察系统起步较晚，随着经济的发展与可解的进步，国内以西工大、北航、南航等院校引领中型无人机的研制，而同时以中科院电子所，中国电科第10所、14所、38所，中航雷达与电子设备研究院，兵器工业部第

7、206所等多家单位均开展了轻小型机载SAR系统的研制工作。1.2本文研究内容合成孔径雷达基于理想状态下载机平台的水平直线匀速运动，但实际工作中，载机的飞行状态时刻发生变化，而无人机系统由于机体轻小，且速度慢，受飞机机动、振动及大气湍流的影响比较大，实际航迹与水平直线匀速运动相去较远，从而造成回波信号多谱勒相位的畸变，产生各种相位误差，导致SAR图象主瓣展宽、旁瓣电平增大，以及图象质量恶化。载机平台的运动误差包括天线相位中心误差和天线指向误差。天线相位中心误差会导致雷达回波信号的相位存在误差，