单脉冲成像算法性能分析

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaOct．252012VoI．33No．101905．1914ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxb．buaa，educnhkxb@buaa．educn文章编号：lO。o一6893(2012)10—1905lo单脉冲成像算法性能分析吴迪*，朱岱寅，田斌，朱兆达南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京2j0016摘要：单脉冲技术通过比较单个脉冲多路回波信号的信息实现对目标角度位置的精确测量，广泛运用于跟踪雷达中。在雷达成像中引入单脉冲技术可以显著提高前视这～合成孔径雷达(SAR)与多普勒波

2、束锐化(DBS)成像盲区雷达图像的清晰度。本文着重对单脉冲成像算法的成像效果分析方法进行研究。从单脉冲和差比的概率密度函数出发，提出了目标图像位置失真、分辨率以及图像信噪比3个对图像质量进行衡量的指标。分析了决定这3个指标的系统及外部环境参数，并给出了相应的计算方法。最终通过数值积分以及Monte-Carlo仿真实验对理论分析结果进行了验证。关键词：雷达成像；单脉冲；和差波束；分辨率；信噪比中图分类号：V243；TN958．4文献标识码：A在运动平台雷达对地成像过程中，为了获得方位高分辨率，往往采用合成孔径雷达(SAR)u。20或多普勒波束锐化(DBS)睁4]技术，此类技术的共同点是利用成像区

3、不同散射点问多普勒频率的差异来实现方位向的分辨，具备全天时、全天候、高分辨的特点。然而，当成像区位于雷达平台正前或前下方时，成像区方位向的多普勒梯度近似为零，从而导致SAR与DBS技术的分辨率急剧下降，形成成像盲区。对于此类成像，如载机着陆时对前方跑道的成像，导弹下落时对打击区域的成像等，往往采用实波束成像方法完成[5]，但这种方法的方位分辨率完全由波束主瓣宽度确定，难以得到更为清晰的地面图像。单脉冲技术是一种广泛应用于跟踪雷达系统中的高精度测角方法∞蜘，能够对波束内目标的方位、俯仰角进行精确估计。基于这一点，人们提出将单脉冲技术引入雷达成像处理中，利用测角实现图像质量的改善，从而产生了单脉冲

4、成像算法睁10]。此算法经过了实测数据的验证[1⋯，被认为是一种实用的前视成像技术。然而，与SAR、DBs等技术不同，由于单脉冲技术并不能从真正意义上实现目标的分辨(即分辨波束中不同的目标)[n“]，从而无法用传统意义上的分辨率概念来衡量图像质量，因此，目前并没有对单脉冲成像性能进行评价的标准。本文首先对单脉冲成像算法信号处理流程进行了简要回顾，并给出了某型前视机载相控阵雷达和、差波束的单脉冲成像处理结果。其次，从单脉冲和差比的概率密度函数出发，对成像效果进行了分析，提出了从目标图像位置失真、分辨率以及图像信噪比3个指标对单脉冲成像质量进行衡量，对影响这3个指标的因素进行了分析，并通过收稿日期

5、：2011．09．14；退修日期：2012一02—05；录用日期：2012-04—24；网络出版时间：2012·05—2011：57网络出版地址：www。cnki．net／kcms／detail／11．1929，V．20120520．1157．003。hlmI基金项目：国防基础科研计划(B2520110008)；国家自然科学基金(61071165)}新世纪优秀人才支持计划(NcET-09—0069)；中国博士后科学基金(2012M511750)；中央高校基本科研业务费专项基金(NS2012097)*通讯作者Tel．：025—84896490—12S06E—mail=wudj—nuaa@yaho

6、ocn引罱搭武1wuD．ZhuDY．T

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11、gDrithm．ActaAer∞auticaetAsHonaulIcasinl．ca．2012，33(

12、O)：1905-1914．吴迪．朱岱寅．函斌．等．单棘冲战像算法性能分析．航空学报．2012。33({o)：{905，1914i航空学报0ct．252012V01．33№．10仿真实验对理论分析结果进行了验证。1单脉冲成像算法1．1和差波束单脉冲基本原理单脉冲技术利用相互交叠的天线波束多路接收信号，只需一个脉冲回波就可以实现对目标方位角的估计，“单脉冲

13、”名称也由此而来。和差波束单脉冲技术通过对和、差两路接收信号构造和差比的方式来获得目标方位角的信息，是较为常用的实现方式。设某点目标处于雷达波束中，所在位置的方位角为曰，其对应的和、差通道接收信号分别为5、D，则由单脉冲天线的性质可知，目标相对于波束中心的方位角与单脉冲和、差比的关系可表示为∽’123R—y(护一敛)(1)，n＼式中：R—Re{詈}为单脉冲和、差比；Re{·)为lL)J取实部运算(