合成孔径雷达导引头技术

国外关于合成孔径雷达导引头(SARS),作为精确打击武器末段制导关键装置的报导屡见不鲜;国内雷达导引头设计师们对SARS技术也给予了充分的重视,并开展了相应的研究工作。在综述国外关于SARS报导的基础上,讨论了SARS的技术要点,指出了SARS的主要用途。

用来起动合成孔径雷达导引头捕获目标的自主系统

介绍一种导引从突防飞机上发射的空空导弹攻击装有搜索雷达的目标飞机的方法。一旦导弹被探测，目标飞机的搜索雷达立即关机，导弹由反辐射寻的方式转为主动搜索方式。这种主动寻的头利用窥视目标飞机的合成孔径雷达。在目标飞机搜索雷达关闭时的这一转换时刻，导弹转弯离开目标飞机并把它引入合成孔径雷达的搜索范围内。转弯量在基于几个参数计算得到的极限范围内。

合成孔径雷达在导弹上的应用

合成孔径雷达(SAR)技术是一种全天候的分辨率较高的雷达成像技术,合成孔径雷达用作精确打击武器末段制导导引头,可以提高抗干扰能力和制导精度。文章在综述合成孔径雷达技术原理的基础上,讨论了合成孔径雷达导引头(SARS)的技术要点,指出了SARS的主要用途和国外应用SARS的情况。

弹载合成孔径雷达技术研究综述

弹载SAR是SAR和精确制导研究的交叉领域,SAR导引头已成为当前导引头研制中的一个热点。首先讨论了弹载SAR技术主要的四个应用方向:修正惯导误差、打击时敏目标、攻击点选择和毁伤评估,分别介绍了其工作原理,然后通过分析弹载SAR的特点讨论了弹载SAR技术应用中有待于解决的问题,对国外弹载SAR相关系统的研制和国内外相关技术的研究进行了较为全面的综述,最后介绍了由于SAR技术的引入而可能诞生的新体制导引头。

合成孔径雷达—逆单脉冲制导技术

介绍了一种新型空地导弹精确制导系统,该系统在载机上安装合成孔径单脉冲雷达,在导弹上安装非相参接收机。合成孔径雷达产生目标区域的单脉冲图,然后向目标发射包含和信号、俯仰误差信号、方位误差信号的脉冲序列。弹上导引头接收目标反射的脉冲序列,并利用和信号实施对目标闭环跟踪,利用方位与俯仰误差信号实现零锁定,产生驾驶指令,使导弹按最佳弹道飞向目标。

SAR成像导引头的弹道设计与优化

弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)的方位成像能力受飞行弹道和观测视角的影响。为满足SAR成像导引头在限定时间内获得最佳方位分辨率,提出了一种基于遗传算法的弹道优化设计方法。首先建立了弹载SAR条件下导弹飞行的约束,然后以导弹指令加速度为优化变量,构造了与方位分辨率和波束驻留时间相关的目标函数,采用遗传算法进行寻优,设计得到了弹载SAR平台的优化弹道。仿真实验证明了该方法的有效性。

基于SAR导引头的弹体定位技术

采用合成孔径雷达导引头,是提高中远程导弹制导精度的有效途径之一。系统地研究了弹载SAR弹体定位问题,提出了利用弹载SAR的距离-多普勒数据、惯性导航系统输出的导弹速度和高度表测量的导弹高度进行弹体定位的方法,推导了定位的解析公式,避免了不稳定的迭代计算,给出了详细的定位流程。根据当前各分系统能够达到的普遍精度进行了仿真,分析了各误差源对定位精度的影响。

基于SQP算法的SAR成像导引头三维弹道优化

弹载SAR平台轨迹的设计是研究弹载SAR成像算法的前提。为了在满足SAR成像条件的同时降低导弹打击时间,需要对SAR成像导引头的弹道进行优化。该问题属于非线性最优控制问题,本文采用序列二次规划(SQP)优化算法进行求解。首先以波束驻留时间最小为指标函数,导弹俯仰、偏航加速度为优化变量,建立了SAR成像导引头三维弹道优化模型,模型的约束包括SAR成像约束、过载约束和导弹飞行高度约束。然后,将原最优控制问题进行参数化,转换成非线性规划问题,利用SQP算法进行求解。参数化时,离散节点越多,得到的非线性规划问题规模越大,求解速度就越慢。仿真结果表明,SQP算法能够有效解决SAR成像导引头三维弹道优化问题,得到的解满足模型约束。

非匀速直线运动SAR导引头目标回波快速模拟

传统的二维频域快速回波模拟方法是针对平台为匀速直线运动,合成孔径雷达(SAR)导引头一般是非匀速直线运动的,二维频域仿真方法在SAR导引头中并不适用。针对SAR导引头非匀速直线运动情况,在分析回波信号频域特点基础上,提出了非匀速直线运动SAR导引头回波信号快速频域模拟方法,详细介绍了该方法的原理和推导过程。最后,进行了相关仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性与合理性。

INS/被动微波/SAR复合导引头交接班问题研究

针对INS/被动微波/合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)复合导引头交接班问题,建立了交接班成功概率数学模型,提出了交接班参数的求解方法。首先分析了交接班需要满足的三个条件,然后根据这些条件的定量描述建立了交接班成功概率的数学模型,并给出了正常交接班和目标辐射源关机时的交接班参数的求解方法。对典型场景的仿真表明,利用上述模型和方法可以求解出最优的交接班参数而不会陷入局部最优。

SAR导引头中制导地面场景RCS计算

针对SAR导引头中段匹配制导中地面场景RCS的计算,综合了现有利用数字高程图(DEM)的SAR图像模拟方法,归纳了SAR导引头中制导地面场景RCS系统的计算步骤和实现方法。该方法首先得到数字高程图数据,再利用分形插值和小平面单元模型对数字高程图数据进行处理,然后结合RCS经验模型计算出地面场景的RCS。该方法步骤详尽、流程清晰,直接适合计算机仿真。针对文中归纳的RCS系统的实现方法,结合地面场景RCS仿真流程,进行了仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性,实用性。进而为SAR导引头的目标回波模拟提供了一定的理论依据。

INS/微波被动/SAR导引头抗场景散射干扰和有源欺骗干扰技术

针对惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)/被动微波/合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)多模导引头,分析了弹载条件下,有源欺骗干扰和场景散射干扰影响的特点,提出了利用被动导引头辐射源参数测量能力的有源欺骗干扰抑制方法,以及利用任务规划所装订的目标位置和惯导误差模型的场景散射干扰抑制方法,给出了详细的干扰抑制流程。典型场景的仿真表明了所提干扰抑制方法的有效性,结合仿真结果分析了干扰抑制处理带来的问题,提出了解决思路。

SAR成像导引头干扰建模评估与仿真系统设计

针对SAR成像导引头干扰的仿真、验证和评估等问题,论述了SAR成像导引头干扰的建模与评估,以及仿真系统的设计。该仿真系统能在信号级进行目标环境、干扰和导引头的建模与仿真,模拟出多种干扰信号存在的情况下,信号环境模拟、回波信号采集、信号处理等处理过程,并能对干扰效果进行评估,通过仿真试验验证了仿真系统的有效性和实用性。该仿真系统可为复杂电磁干扰环境下SAR成像导引头的装备论证、系统设计、干扰效能评估、测试与验证奠定试验基础。

基于改进型BP神经网络的导引头测高性能评估

武器装备性能评估贯穿于装备发展的全寿命过程,对于装备定型与实战化运用具有重要意义。针对传统反向传播(back propagation, BP)神经网络模型易陷入局部最优、武器装备评估数据少等问题,提出了基于数据包络分析和Bootstrap法的改进型BP神经网络模型。利用数据包络分析处理原始指标得到3项优化参数,结合Bootstrap法对其进行扩充,再通过BP神经网络建立评估模型。实验表明,改进模型得到的合成孔径雷达(systemic aperture radar, SAR)导引头测高性能评估结果,其决定系数和误差系数均有明显改善。该模型不仅规避了模糊综合评判法主观性强、精确度不高等问题,同时有效解决了传统BP神经网络模型易陷入局部最优和武器装备评估数据少的两个问题。

一种SAR成像制导导弹制导律研究

采用前侧视工作方式并选用聚束式高分辨成像模式的SAR成像制导导弹,应控制天线波束的指向使其较长时间照射目标区,等效地增加合成孔径的长度。因此必须合理选择制导律使前侧视条件成立,确保速度矢量与视线间有足够的夹角。为此,提出了导弹航向采用固定前置角导引律的方案,推导了利用导引头框架角信息实现的固定前置角导引算法并给出其工程实现形式;建立了导弹航向攻击平面制导系统数学模型并进行了数字仿真,验证了方案的合理性和可行性。

弹载平台聚束SAR成像脉冲重复频率设计

针对弹载平台高速、非水平非匀速直线运动和对目标区域大斜视角观测的特点,对影响脉冲重复频率(pulse repetition frequency,PRF)设计的模糊性限制、发射脉冲的遮掩、天底回波干扰等主要因素进行了详细分析,推导了平台非理想运动和视角状态下最大瞬时多普勒带宽和天底回波可忽略的速度俯仰角范围的简单表达式。提出了一种基于穷举法的聚束合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像导引头PRF设计方法,该方法在同时满足距离和方位上不模糊的情况下,发射最少个数的PRF实现对雷达波束覆盖区域无距离遮挡观测。通过仿真产生的聚束SAR成像导引头弹道,验证了分析的正确性和设计方法的有效性。

基于编队提取的SAR图像群目标识别方法研究

为了提高导引头SAR图像目标识别的概率,针对SAR图像虚警目标较多的问题,提出了一种基于编队提取的群目标识别方法。仿真数据处理结果表明,与传统目标识别方法相比,该方法目标个数可减少约52.12%,极大提升了检测输出目标的可信度,有效提高了雷达对目标的选择能力。该方法可推广应用于导引头SAR图像目标识别系统中。

弹载斜视FMCW-SAR的改进距离堆栈算法

分析了弹载斜视FMCW-SAR的成像几何关系,建立了其点目标回波信号模型和推导了回波信号的二维波数域形式。大斜视情况下,二次以上的高次距离方位耦合项不能忽略,所以FMCW-SAR中常用的改进频率变标算法不再适用。提出的距离堆栈改进算法在聚焦深度范围内利用相同的斜距值进行距离堆栈操作,其计算效率提高了2D^2f_s/(1.57 cλ)倍。与改进的频率变标算法相比,不同斜视角仿真实验的结果验证所提算法的有效性和正确性。

基于分层极化特性的箔条云识别方法

箔条作为典型的无源干扰手段,在空中运动扩散和分布取向复杂多变,具有不确定性,其雷达特性相当复杂,即使先进的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)导引头也难以应对。对此,从箔条云的极化特性和空气动力学特性入手,提出一种基于分层极化特性的箔条云干扰识别方法,利用箔条云特有的分层极化特性来识别箔条干扰。所提方法利用干涉原理获取目标的高度维信息,提出特征识别量ρ用于衡量箔条云和舰船目标的极化特性差异,并讨论了所提方法的适用范围。理论分析和仿真结果验证了所提方法的可行性。