（通信与信息系统专业论文）分布式sar系统若干问题研究.pdf

电子科技大学博士学位论文 摘要 由于雷达具有全天候、全天时、 精密定位、目 标信息丰富等本征特性， 使得 当代无论是战争还是国民经济和科学探测都对雷达技术有着日益广泛的需求。 在雷达的发展过程中，不但对分辨力、功率消耗等方面的要求不断提高，而且 对于提高雷达生存能力也提出了更高的要求。 突破单基模式的空间分布雷达系统是近年才发展起来的， 可以极大的提高雷 达生存能力。这种突破单基模式的雷达系统的收发装置不再是一体的，可以 分 开安置于多个载体上， 对于合成孔径雷达来说，以 双 ( 多) 基机载s a r系统和 分布式卫星s a r系统为代表， 有着灵活的基线组合和结构， 能以多种模式工作。 由于接收机和发射机空间分离， 所以能够获得不同于普通单基s a r的后向 散射 特性，对于目 标分类和识别将会起到明显的改进作用。 本文将这种突破单基模式的空间分布 s a r结构模式统称为分布式 s a r系 统， 并且提出了空天一体s a r 模式， 完善了 分布式s a r系统的 概念。 详细研究 了分布式s a r的部分系统问 题和典型工作模式，主要内容包括: 1 .研究了分布式 s a r系统的姿态及定轨技术，指出 分布式 s a r系统中姿 态 及定轨的重要性和特殊性。 提出 约束信息辅助整周模糊度求解算法， 使得g p s 姿态测量的求解速度明显提高。 2 .研究了 分布式 s a r系统的基线问题，指出分布式 s a r系统与传统单基 s a r的区别在于是否存在基线。 并且以 分布式星载s a r为例分析了 有效基线长 度偏差和分布式星载s a r基线的 变化规律，以 及卫星运动、 地球自 转和星座自 旋对基线的影响。 3 . 研究了 分布式s a r机载同步正侧视工作模式， 建立相应的 数学模型， 详 细分析了这种分布式s a r模式的多普勒特性、方位分辨力、发射功率和脉冲重 复频率等参数， 指出其相对于传统s a r的优势。 提出了同步分布式机载s a r正 侧视模式的成像算法。 4 . 研究了 分布式空 天一体s a r中 发 射机正 侧视、 接收机前视的 工作模式， 分析了这种模式与传统星载s a r前视工作模式的不同，指出由于发射机的距离 向是接收机的方位向，使得原本在正前方没有方位分辨力的前视 s a r通过距离 摘要 -. . . 面. . 目 面 面 面 面 面 目目. . 口 面 面 面 面 面 面西 面 面 面面 面 面 面 面 口 面 面 面亩 函 面面 面面 面 函函 面 面面 面面 云百 亩亩 亩面面亩石亩亩亩亩面函亩亩石亩 压缩就可以获得相当高的方位分辨力。分析了多普勒特性和回波信号模型，指 出其等距离线与斜视 s a r非常相似， 因此可以将成熟的斜视 s a r成像算法进行 移植。提出了分布式空天一体s a r中发射机正侧视、接收机前视的工作模式的 成像算法。 5 . 与导师联合提出了空天一体s a r 模式， 完善了 分布式s a r系统的概念。 使得分布式s a r的概念囊括了 从分布式机载s a r 模式到分布式星载s a r 模式， 再到空天一体s a r模式的系列分布式s a r应用模式。 关键词:分布式s a r ，基线，姿态，工作模式，成像算法 电子科技大学博士学位论文 ab s t r a c t wi t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r a d a r s y s t e m s u c h a s a l l - w e a t h e r , r o u n d - t h e - c l o c k , p r e c i s i o n r a n g i n g a n d a b u n d a n t i n f o r m a ti o n o n t a r g e t , t h e r a d a r s y s t e m s a r e n e e d e d m o r e a n d m o r e i n w a r f a r e , e c o n o m y a n d s c i e n t i f i c s u r v e y . i n t h e d e v e l o p m e n t o f r a d a r t e c h n i q u e s , t h e r e a r e n o t o n l y i n c r e a s i n g r e q u i r e m e n t s f o r i t s c a p a b i l i t y o f r e s o l u t i o n , p o w e r , e t c ., b u t a l s o m o r e d e m a n d f o r t h e v i a b i l i t y o f t h e r a d a r s y s t e m t h e s p a c e d i s t r i b u t e d r a d a r s y s t e m , w h i c h b r e a k t h r o u g h t h e c o n v e n t i o n a l m o n o s t a t i c m o d e , i s d e v e l o p e d r e c e n t ly , a n d c a n g r e a t l y e n h a n c e t h e v i a b i l i t y o f t h e r a d a r . t h e t r a n s m i tt e r a n d r e c e i v e r o f t h e n e w s y s t e m a r e n o t e q u ip p e d t o g e t h e r , b u t o n m u l ti - b o a r d s . t a k e t h e b i s t a t i c ( m u l t i s t a t i c ) a i r b o rne s a r s y s t e m a n d t h e d i s t r i b u t e d s a t e l l i t e s a r s y s t e m a s t h e e x a m p l e , f o r s y n t h e t i c a p e r tu r e r a d a r , t h e y h a v e fl e x i b l e b a s e l i n e c o m b i n a t i o n a n d c o n s t r u c t i o n , a n d c a n w o k i n v a r i o u s m o d e s . d u e t o t h e t r a n s m i tt e r a n d t h e r e c e i v e r a r e s e p a r a t e d i n s p a c e , t h e y c a n a c q u i r e t h e d i f f e r e n t b a c k - s c a tt e r a s c o n v e n t i o n a l m o n o s t a t i c s a r , a n d t h e r e f o r e , it c a n h a v e o b v i o u s i m p r o v e m e n t i n t a r g e t c l a s s i fi c a t i o n a n d r e c o g n i t i o n . i n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e s p a c e d i s t r i b u t e d s a r c o n f i g u r a t i o n , w h i c h b r e a k s t h r o u g h t h e c o n v e n t i o n a l m o n o s t a t i c m o d e , i s c a l l e d b y a j o in t n a m e d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m . t h e s p a c e - a e r o s a r m o d e i s p r o p o s e d , a n d t h e c o n c e p t i o n o f d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m i s c o m p l e t e d . s o m e k e y p r o b l e m s a n d w o r k i n g m o d e o f t h e d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m a r e a n a l y z e d , i n m a i n l y s e v e r a l p a r t s li s t e d b e l o w : 1 . a t t it u d e a n d o r b i t d e t e r m i n a t i o n o f d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m a r e s t u d i e d , a s w e l l a s t h e i r i m p o r t a n c e a n d p a r t i c u l a r it y i n t h e s y s t e m . a m b i g u i t y r e s o l u t i o n w i t h c o n s t r a in t i n f o r m a t i o n i s p r o p o s e d , w h i c h s h o w s r e m a r k a b l e i m p r o v e m e n t i n t h e a t t i t u d e me a s u r e me n t b a s e o n g p s . 2 . t h e v ir t u a l b a s e l i n e o f t h e d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m i s s t u d i e d , a n d t h e d i ff e r e n c e b e t we e n t h e d i s t r i b u t e d s a r a n d t h e c o n v e n t i o n a l mo n o s t a t i c s ar w h i c h i s t h e e x i s t e n c e o f b a s e l i n e , i s p o i n t e d o u t . t a k e t h e d i s t r i b u t e d s a t e l l i t e s a r a s 英文摘要 e x a m p l e , t h e r u l e o f v a r i a t i o n o f t h e b a s e l i n e i n d i s t r i b u t e d s a t e l l i t e s a r , a n d t h e i m p a c t o f t h e s a t e l l i t e m o v e m e n t , t h e e a r th r o t a t i o n a n d t h e c o n s t e l l a t i o n t o t h e b a s e l i n e , a r e a n a l y z e d . 3 . t h e s i d e - l o o k m o d e o f s y n c h r o n o u s d i s t r i b u t e d a i r b o rne s a r i s s t u d i e d . t h e r e l e v a n t m a t h e m a t i c a l m o d e l i s b u i l t , a n d s e v e r a l p a r a m e t e r s o f t h e s y s t e m a r e a n a l y z e d i n d e t a i l , s u c h a s t h e d o p p l e r c h a r a c t e r i s t i c , a z i m u t h r e s o l u t i o n , t r a n s m i t p o w e r , a n d p r f , e t c ., a n d i t s a d v a n t a g e s t o t h e c o n v e n t io n a l s a r i s m e n t i o n e d . t h e i m a g i n g a l g o r i t h m o f t h e s i d e - l o o k m o d e o f s y n c h r o n o u s d i s t r i b u t e d a i r b o rn e s a r i s p r e s e n t e d 4 . t h e mo d e o f s i d e - l o o k t r a n s m i t a n d f o r w a r d - l o o k r e c e i v e i n s p a c e - a e r o s a r i s s t u d i e d , a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e t r a d i t i o n a l s p a c e b o r n e f o r w a r d - t o o k s a r a n d t h e s p a c e - a e r o f o r w a r d - l o o k s a r a r e a n a l y z e d . b e c a u s e t h e r a n g e d i r e c t i o n o f t h e t r a n s m i t t e r i s t h e a z i m u t h d e t e c t i o n o f t h e r e c e iv e r , th e f o r w a r d - l o o k s a r c a n a c q u i r e h i g h a z i m u t h r e s o l u t i o n t h r o u g h t h e r a n g e c o m p r e s s i o n . t h r o u g h t h e a n a l y s i s o f d o p p l e r c h a r a c t e r i s t i c a n d e c h o s i g n a l m o d e l , t h e e q u i d i s t a n c e l i n e o f t h i s m o d e i s q u i t e s i m i l a r t o t h a t o f s q u i n t s a r i s p o i n t e d o u t , w h i c h e n a b l e s t h e t r a n s p l a n t a t i o n o f e x i s t e d w e l l - r o u n d e d i m a g i n g a l g o r i t h m o f s q u i n t s a r t o t h i s m o d e . f i n a l l y , t h e i m a g i n g a l g o r it h m o f t h e m o d e o f s i d e - l o o k t r a n s m i t a n d f o r w a r d - l o o k r e c e i v e i n s p a c e - a e r o s a r i s p r e s e n t e d . 5 . t h e s p a c e - h e r o s a r m o d e i s p r o p o s e d , a n d t h e c o n c e p t i o n o f d i s t r i b u t e d s a r s y s t e m i s c o m p l e t e d . t h e c o n c e p t o f d i s t r i b u t e d s a r i s c o n s i s t e d o f a s e r i e s o f d i s t r i b u t e d s a r a p p l i c a t i o n m o d e , i n c l u d i n g d i s t r i b u t e d a i r b o r n e s a 民 d i s t r i b u t e d s a t e l l i t e s a r a n d s p a c e - a e r o s a r . k e y w o r d s : d i s t r i b u t e d s a r , b a s e l i n e , a tt i t u d e , w o r k in g m o d e , i m a g i n g a l g o r i t h m 电子 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 图表索引 10111415162426刀30书333436劝404041515254 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 表 2 - 1 表 2 - 2 图2 - 1 图 2 - 2 图2 - 3 图 3 - 1 图 3 - 2 图 3 一 3 图 3 - 4 图 3 一 5 图 3 一 6 图 3 - 7 图 3 - 8 图 3 一 9 表 3 - 2 图 31 0 图 3 - 1 1 图 4 - 1 图 4 - 2 图 4 - 3 表 4 - 1 美国t i e r 系统无人机载 s a r部分技术参数. 二， ， 二 ， . ，. 星载s a r系统性能比较 t . _ . 一 . ， . . . . .- . . . . .二 .- . . . . . . . 分布式星载s a r结构示意图. 二 .， . . . . . . . . . t . . 带状成像模式. . t . . . . . . -. . . 1 . . 】 . . . . . . 1 - 1 一 t - 4 二 宽测绘带模式. . . . . . . . . . . . . ， . . . . . 卜 . “_ . . g p s 姿态测量基本原理， 一. 一 . . . . . . . -. . . . . . . . . 一， . . . ， . 姿态测量流程图. . . . . ._“ . _ _ . . . _ . . . 一 卜 +. 一. . g p s 卫星几何分布与g d o p的关系 . t . . . . . . . . . . . 姿 态 参 数 求 解 过 程 ， 、一4 .“ .” 二 “ 偏航角的输出结果. . . . -， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 俯仰角的输出结果.， . ， . . ， . ，一. . . . . . 卜 横滚角的输出结果. . . .一， . . . . t ， 卜 . .， . .， . ，. 约束信息辅助整周模糊度解算流程图“. . . . 一t . . 二 t . 二 价 载 波 相 位 双 差 残 差 示 意 图 价 “ - 二 一 . 一” . “ 约束信息辅助整周模糊值解算的统计结果二 ， . . . . . . . 约束信息对模糊值状态集合的改善. 二 . ， ， . . ，. . . . . 一 . 卫星轨道参数 . . . 一 t . . . . . 一t . . t .一 卫星轨道在地球上的投影. . . . . . . . . 分布式星载 s a r星座 自 旋示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 不同纬度上的基线偏差. 二 ， . . . ， . . . . . . . . . . . “ 二“ . . . 不同 纬度时自 旋角 、轨 纬倾角以 及有效基线 及基线偏差 自转) . . . . . . . . t .一 一. t .， ， .一 ， . . . . . . . . . 卫星运动与地球自 转的运动合成 . . . . . . . . . . . . . . .一 不同纬度上的基线偏差二 ， . ， . . . . . . . . . . . 二 . ， ， _ . . . . 自旋角、轨纬倾角、真轨道倾角与纬度的关系. . . . . . 二 一 考虑星座自旋的有效荃线. .， . 一 ， - . ， t 二 ， 地球自转和星座 自 旋对有效基线的影响. . . . _， ， -. 一. . . . .二 群聚平面内的坐标图 . . . . . . . . . . . . . t . . . _ . . . 一， 群 聚 平 面 及 其 投 影 图 ” 一 一 一 卫星在切航迹方向的投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 原始高度切面.-. . _ . .t . . . . . . . . . . ，. . t 二. 基线相位均未校正时的高度偏差 .， . .卜. . . . . . . . 一， . . . 相位校正洲 基线未校正时的高度偏差 _. . .， . . 卜 . .一 基线长度校正/ 相位未校正时的高度偏差， . . - . . - . . . . . - .一 ( 未考虑地球 54弘55565758596061636364剑 图4 - 4 表 4 - 2 图4 - 5 图 4 - c 图 4 - 7 图 4 - 8 图 4 - 9 图 4 - 1 0 la4 一 工 1 图4 - 1 2 图 4 - 1 3 图 4 - 1 4 图表 索 引 图4 - 1 5 基线长度和相位均校正时的高度偏差. 二 t . . . . . . -. . . . . _ . . 6 5 图 5 - 1分布式机载 s a r的一般概念结构. . . . . 一 ， . . . . . . .，一. . . . 6 8 图5 - 2后向投影处理算法流程图二 . _ . 一 . 二_ . . -. 一， 二 . 一， . . . . . . . . 6 9 图5 - 3普通s a r 与b p p 分布 式机载s a r的成像结果比 较 1 0 4 1 . .一 . . 二 . 6 9 图 5 - 4同步分布式机载 s a r的几何模型. ._ . . . . - ， . . 7 0 图5 - 5同步双基 s a r的多普勒历史 _ t . . 二t_ . _. ， . . ， . - . t . 一 7 2 表5 - 1单基、分布式机载 s a r平均发射功率对比. . . ._ . 7 5 图5 - 6同 步分布式 机载s a r方位分辨力与r m 和r s 的关 系. . . . . . . . . 7 6 图5 - 7同步分布式s a r成像算法流程图，.- . . .t tt . 一. . . . . . . . - . . . . . . 7 8 图5 - 8同步分布式机载 s a r点目 标成像. . . . .“ . 、 . 7 9 图5 - 9同步分布式机载 s a r点目 标成像三维图 ， ， . - .一， . . . . . . . . 8 0 图 5 - 1 0 传 统 s a r 工 作 模 式 t 二 . . . t .8 1 图5 - 1 1 分布式前视 s a r工作模式 . . . 二 “ . . 二一. 二 8 2 图5 - 1 2 星载 s a r的几何模型，.+. . . .一 ， . ， . . . . -. . . . . . . . . . . 8 3 图 5 - 1 3 星载前视 s a r的几何模型. . _ . ， t . 卜 一 . . ， ， ， 二 ， 8 5 图 5 - 1 4前视 s a r的多普勒史分析 . . . “ . . . - . . . . . . - . .一 . 二8 5 图5 - 1 5 方位分辨力随平台高度的变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ” . . . . 8 8 图5 - 1 6方位分辨力与方位地面距离的关系 _ . _ 价. - 二. . . . . - . . t 二 一 8 9 图5 - 1 7方位分辨力与方位地面距离的关系 ( 局部)二 . . 二 一9 0 图5 - 1 8方位分辨力与方位地面距离的关系 ( 高地面距离部分). . . . . . . . 9 0 图5 - 1 9星地一体分布式 s a r模式结构示意图. . . . - 一， ， . 一， . . . 9 2 图5 - 2 0空天s a r载体相对运动方式. . . . . . . 一 9 3 图5 - 2 1空天载体同向运动时的前视工作模式. . . . . . . . . . . . .一 . . 9 4 图5 - 2 2 分布式空天一体s a r卫星与地面目标运动合成示意图. . . . . . . . . . . . . 9 5 图5 - 2 3 空天一体发射波束正侧视前视s a r结构俯视图. . . . . . . 一% 图 5 - 2 4 空天一体发射波束正侧视前视 s a r儿何关系图. .- . . t 二 ， . . .一9 7 图5 - 2 5 发射波束距离向徙动曲线.- 一 ， ， .， . . .， ， - . . -. . . 二 二 . _ ，一 ， 1 0 1 图5 - 2 6 未作近似时发射机到点目 标的瞬时频率. . . 二 “一 ， . . 1 0 3 图5 - 2 7 未作近似时接收机到点目标的瞬时频率 一 卜- . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 图5 - 2 8未作近似时总的瞬时频率一. . 二 ，. . 二 t . . . . . . ， _ . _. . . . . 1 0 4 图5 -2 9空天一体发射波束正侧视前视s a r的等距离线 ， . . . . - . . . - 二 1 0 5 图5 - 3 0正侧视发射分布式前视 s a r的s i m算法流程图. ” . . . . . . 1 0 6 图5 - 3 1 正侧视发射分布式前视s a r的点日标成像 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 7 图5 - 3 2正侧视发射分布式前视s a r点日标成像三维图， . . . 一.一1 0 7 附a图 1 位wi数的环带 . .二 ， . ， . . . ，. . . . .一 . . . . . . . . 1 1 2 附表 l四阶以内带谐项和n谐项的参数值二 . 一， . .二 . ， ， . ， ， . . ， 二 ， . . . . . . . . . . . 1 1 2 附b图 以绝对经度为自变量时各相关变量的关系. . . . 一. .二t . 卜. . . . . . . . 1 1 6 附b图2以纬度为自变量时各相关变量的关系.， . . . . . . . . . . 一 . . . 1 1 6 电子科技大学博士学位论文 缩略语表 a f m adds 模糊度函数法 姿态及定轨系统 at i n s ar bp p cti n sar dgps dlr 沿航迹干涉合成孔径雷达 后向投影处理器 ( 成像算法) 沿航迹干涉合成孔径雷达 差分 g p s 德语:德国航空航天中心 d o p eci ek e e- sar f ara f asf f f t gdop gps i f ft i ns i ns ar lam bda leo a m b i g u i t y f u n c t i o n me t h o d at t i t u d e a n d or b i t de t e r mi n a t i o n s y s t e m a l o n g t r a c k i n t e r f e r o m e t r i c s a r b a c k p r o j e c t i o n p r o c e s s o r c r o s s t r a c k i n t e r f e r o me t r i c s ar di ff e r e n t i a l g p s de u t s c h e n ze n t r u r n mr lu ft a nd ra u mf a hrt di l u t i o n o f p r e c i s i o n e a r t h ce n t e r e d i n e rti a l ex t e n d e d ka l ma n f i l t e r e x p e r i m e n t a l s a r s y s t e m f a s t a m b i g u i t y r e s o l u t i o n a l g o r i t h m f a s t a m b i g u i t y s e a r c h f i l t e r f a s t f o u r i e r t r a n s f o r m ge o me t r i c di l u t i o n o f p r e c i s i o n g l o b a l p o s i t i o n i n g s y s t e m i n ve r s e fa s t fo ur i e r t r a n s f o r m i n e rt i a l n a v i g a t i o n s y s t e m i n t e r f e r o me t r i c sar l e a s t - s q u a r e s a m b i g u i t y d e c o r r e l a t i o n a d j u s t m e n t lo w ea r t h or b i t 精度因子 地心惯性 ( 坐标系) 扩展卡尔曼滤波器 试验合成孔径雷达系统 快速模糊度求解算法 快速模糊度搜索滤波器 快速傅立叶变换 几何精度因子 全球定位系统 快速傅立叶逆变换 惯性导航系统 干涉合成孔径雷达 去相关调整的最小二乘模糊 度算法 低地球轨道 缩略语表 l s s l e as t s q u a r e s s e a r c h p u l s e r e p e t i t i o n f r e q u e n c y ra d a r cr o s s se c t i o n r a n g e d o p p l e r s y n t h e t i c a p e rt u r e r a d a r s q u i n t i m a g i n g mo d e s a t e l l i t e l a s e r r a n g i n g s t a t i o n s s e c o n d a r y r a n g e c o m p r e s s i o n s h u tt l e r a d a r t o p o g r a p h y mi s s i o n un ma n n e d ae r i a l ve h i c l e 最小二乘搜索 脉冲重复频率 雷达横截面积 距离一多普勒 ( 成 像算法) 合成孔径雷达 斜视成像模式 卫星激光测距站 二次距离压缩 航天飞机雷达三维成像任务 无人机 pr-frcsrdsarsimslrsrcsrtmuav 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。 据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签 名 :/ 声利 日 期 : 孙丫 年脸月 9 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了 解电 子科技大学有关保留、 使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权电子科技大学可以 将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名: i , , w , l导师签名: 黄j.lg 苦 日 期: 夕 斌 今年1 2 - 月n 日 电子科技大学博士学位论文 第一章绪论 1 . 1 引言 2 0 0 4 年i e e e雷达会议的主题是: 创新雷达技术一扩展系统性能( i n n o v a t i v e r a d a r t e c h n o lo g i e s 一 e x p a n d in g s y s t e m c a p a b i li t i e s ) i ， 说明 当 前 雷 达 技 术 的 发 展将创新和扩展系统性能放在了重要的位置。推动雷达技术强劲发展的主导因 素主要表现在以下几个方面:首先是由雷达的全天候、全天时、精密定位能力、 能够提取丰富目标信息等本征特性决定的，正是由于这些本征特性，雷达作为 当代最重要的传感器的地位迄今未能被其它传感器作取代;其次，现代战争环 境，特别是在现代战争中具有决定作用的侦察和瞄准，对未来雷达提出极高要 求;再次，反雷达技术的突破性进展，其中包括电子对抗、隐身技术、反辐射 技术，以及突防技术等也促使雷达技术不断的创新和提高;最后，国民经济和 科学探测对雷达技术的日 益广泛需求，航天技术和信息技术的突飞猛进更是雷 达发展的强大推动力。 现代雷达技术的发展方向主要可以 概括为以 下几点: 1 .从雷达回波中提取更多的目 标信息 载荷目 标信息的雷达回波主要包含频率、 相位、 幅度、 极化、 投射角等参量， 现代雷达发展趋势是最大限 度提取雷达回波诸参量所蕴含的目 标信息。为此， 己由非相干雷达发展成相干雷达， 进而发展全新一代的矢量雷达。同时，雷达 功能也引起几次飞跃，由发现目 标到对目 标的精确跟踪，到现代雷达要求对目 标成像并分类识别，多体制、多模式、多频段、多极化、多平台的新一代雷达 将把雷达技术推向一个新的高度. 2 .提高雷达自 身的生存能力 由于目 标环境的多样化和多变性，以 及反雷达技术的突破性进展， 对雷达自 身的生存能力和自 适应能力提出了更高要求。 第一章绪 论 3 .雷达平台的多样化和高机动化 由于雷达的应用领域日 益广泛，己 发展了包括陆基、 海基、空基、星基、弹 基，以及无人机载、宇宙飞船载等多种平台雷达系列。这些平台有静止的和运 动的。运动轨迹各异，甚至有非刚性复合运动平台。平台的精密度和稳定性对 雷达提出极高要求。 4 .雷达系统结构的模件化和固态化 把模件化和固态化作为雷达技术的一种基本发展战略是最近一、 二十年才发 展起来的。模件化和固态化对于提高雷达系统的可靠性、小型化和实时性，以 及缩短雷达研制周期，降低成本等方向都具有重要意义。 1 . 2 分布式 s a r性能扩展 在以上几个发展方向里面， 提高雷达生存能力不仅是为了适应当代电子战环 境，也是各种恶劣的自 然环境对雷达提出的要求。雷达生存能力是指雷达在广 泛变化的工作环境中保持正常运行的能力。当然，作为军用雷达，其生存能力 更加依赖于应对电子战环境的能力。影响雷达正常运行的典型因素是敌方人为 干 扰 和反 辐射 措施， 雷 达生 存能 力 主 要取 决 于 雷达作 用 距离凡.、 与敌 方 侦察 作 用 距离尺之比。 1一、 ，.lesweessewej .。、.1子 可以 证明，对于普通单基雷达，此比值可表示为12 3 ( s i n ) , ( s i n ) , ( 1 - 1 ) 筑-巩 吼一gr q-q ax 凡 汀 一- p八一，喻 j-r 式中 ， g 。 是 侦察 接收 机 在雷 达 方向 的 天 线 增 益， g , 是 雷 达天 线最 大 增益， q 、 是 雷 达 对 侦察 接收 机方向 天 线增 益，b , 是雷 达 接收 机的 带 宽，b r 是侦察 接 收 机的 带宽。 假定雷达接收机与侦察接收机具有相同噪声系数， 则从上式可导出 增强雷达 生存力的一些基本途径: 1 ， 信 号 对 一抗: 因b , 1 b , = 1/ t b ， 故 采 用 大 时 带 积 信 号 和 完 善的 相 干 积 累 可 有 效 提 高 生 存力， 大时带 积”包 括 距离 维 上t ,.b , 和 方 位维 上t : 4 f a 。 信号 对 抗还 包 括波形和频率捷变。 电子科技大学博士学位论文 2 . 增益 对抗: 对 给 定r m _ ， 一 般q比叹小 约2 5 - 3 0 d b ， 故 提高叹可 改 善 生存能力，但将增大天线面积和影响方位积累能力。 3 .副瓣对抗:采用低副瓣雷达天线是提高雷达生存力的一种有效途径。 4 . 极 化对 抗: 采 用多 极 化、 全 极 化 和极 化 捷变 有 可能降 低有 效g , ， 提 高 雷 达有效信干比，以及从回波极化矢量中获取更多的有用目 标信息。 5 . 空 间 对抗: 最 大限 度 控制 雷 达 辐 射功 率 ( r _ ) 。 控 制雷 达功 率 最有 效 的 途 径是突破单基模式，采用空间分布雷达系统，实现准无源化，这种方式同时也 有利于雷达系统自身的生存力和实现反隐身功能。 其中， 信号对抗、 增益对抗、 副瓣对抗和极化对抗已经有很多文献进行了研 究，而突破单基模式的空间分布雷达系统是近几年才发展起来的。这种突破单 基模式的s a r系统的收发装置不再是一体的， 可以 分开安置于多个载体上，以 双 ( 多) 基机载s a r系统和分布式星载s a r系统为代表， 有着灵活的结构和基 线组合，能以多种工作模式运行， 产生了许多新的数据采集方式和采集结果。 由于接收机和发射机的位置不同， 将会得到不同于普通单基s a r的后向散射特 性，对于目标分类和识别将会起到明显的改进作用，恰好体现了从雷达回波中 提取更多的目 标信息的发展需求。 本文将这种突破单基模式的空间分布s a r结 构模式统称为分布式s a r系统， 并且提出了空天一体s a r模式， 完善了分布式 s a r系统的概念。 1 . 3 主要贡献 本文分析了分布式s a r系统的若干相关问题， 并完善了分布式s a r系统的 概念，主要贡献包括: 1 . 研究了分布式s a r系统的 姿态及定轨技术，指出 分布式s a r系统中姿 态及定轨的重要性和特殊性，提出了用于 g p s姿态测量的约束信息辅助整周模 糊度求解算法，使得整周模糊度求解速度明显提高，不但可以 提高姿态测量的 速度和精度， 也可以 用于分布式s a r载体平台 之间的差分定位，有利于对基线 的精确测量。 2 .研究了分布式s a r的基线问 题，指出分布式s a r系统与传统单基s a r 的区别在于是否存在基线。讨论了基线的变化规律，推导出了分布式r载 9 a r 第一章绪 论 在运行过程中卫星运动、地球自 转和星座自 旋对基线的影响，给出了全轨道状 态基线偏差的解析式，以及有效基线长度和受基线影响的相位