弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法，该方法根据回波信号表征数学模型，结合雷达参数和运动参数，分析弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力，并以空间全向运动模型为参考，采用BP算法对比分析其对观测区域空间三维成像结果的影响，从而能够准确获得弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型的成像能力的性能参数，方便设计人员对模型进一步优化，以提高成像模型对目标的识别能力。

Performance Analysis Method of Missile-borne Millimeter Wave Tangential Forward-looking SAR Three-dimensional Imaging Model

【技术实现步骤摘要】
弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法
本专利技术涉及弹载高分辨雷达制导技术，尤其是涉及导弹飞行轨道正前方目标雷达三维成像模型，适用于为弹载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)提供准确的前视三维成像能力。
技术介绍
当前，弹载合成孔径雷达(SAR)导引头在导弹下降段采用聚束SAR成像模式，通过对目标场景进行高分辨率二维聚焦成像，实时获取目标场景的SAR成像，并和设定的SAR基准图像进行匹配定位，以实现对目标的定位和识别。然而，常规的合成孔径雷达成像技术是通过发射大带宽信号以及依靠载体的运动在空间形成虚拟大孔径来分别获取距离和方位的高分辨微波图像，此时雷达波束指向与载体的飞行方向需要有一定的夹角，以获取方位高分辨成像所需的虚拟阵列孔径。因此，传统的弹载平台在利用SAR成像技术探测和识别目标时，就需要导弹的飞行方向与弹目间距存在一定的角度，才能获取目标的方位高分辨像，最终需要飞行一定的弧形轨迹才能打击目标；这将极大地消耗导弹自身的能量，增加了制导控制的难度；此外，由于传统的弹载SAR导引头不具备自主寻的攻击目标的能力，必须采用匹配制导的方式攻击目标，这极大地降低了导弹精确打击目标的性能。譬如，要攻击地面的静止或运动的装甲目标以及海面运动的舰船目标等，就很难找到合适的匹配区域用于定位并攻击目标。同时，反装甲导弹或巡航导弹，由于地形起伏或海浪引起的迭掩、阴影以及合成孔径积累时间内观测视角的限制，给SAR图像解译和目标识别带来了困难。因此，针对上述问题，本领域技术人员进行了大量的研究，并提出了一些解决方案。然而，这些方案的有效性难以准确估计，从而使得相关的研究及工程应用进展缓慢。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种弹载毫米波前视切向SAR成像模型性能分析方法，该方法基于弹道机动的下降轨聚束SAR三维成像模型，能够对弹载毫米波前视切向SAR成像性能进行准确分析，进而为弹载毫米波前视切向SAR成像技术进行技术改进以及工程应用提供依据。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法，所述成像模型为基于弹道下降轨的运动模型，并结合导弹为防止拦截而飞行的蛇形规避运动特性构造的空间三维切向孔径模型，该方法包括如下步骤：根据导弹下降轨的运动模型，并利用导弹规避拦截的蛇形切向运动特性，结合其沿航向和高度向的运动特征，获得表征回波信号的数学模型；根据上述回波信号表征数学模型，结合雷达参数和运动参数，分析该成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力；针对成像模型的空间三维切向运动，以空间全向运动模型为参考，采用BP算法对比分析其对观测区域空间三维成像结果的影响。根据进一步的实施方式，分析三维成像空间中是否存在等距离历程集，以根据具有相同距离历程的某些像素上是否存在散射点，判断成像后的三维图像空间是否产生虚假像素点。根据进一步的实施方式，根据如下方程组判断是否存在等距离历程集：其中，和为观测区域中的任意两个点目标，表示初始雷达平台的位置矢量信息，C(N-1)×3是雷达平台的瞬时速度矢量矩阵。根据进一步的实施方式，根据切向孔径模型的切航迹向分辨率和高度向与沿航向的耦合向分辨率,分析该成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力。根据进一步的实施方式，将所述切向孔径模型的切向路径表示为所述全向运动模型的稀疏采样。根据进一步的实施方式，选择切航向变速模型作为所述切向路径。根据进一步的实施方式，所述成像模型的接收信号对应于全向运动模型的全孔径面阵波数域数据与稀疏矩阵相乘。本专利技术根据回波信号表征数学模型，结合雷达参数和运动参数，分析弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力，并以空间全向运动模型为参考，采用BP算法对比分析其对观测区域空间三维成像结果的影响，从而能够准确获得弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型的成像能力的性能参数，方便设计人员对模型进一步优化，以提高成像模型对目标的识别能力。附图说明图1为弹载毫米波前视切向SAR几何构型示意图；图2为根据本专利技术实施例的弹载毫米波前视切向SAR性能分析方法流程图；图3为空间三维运动的等距离点集，其中：(a)为直线运动轨迹，(b)为曲线运动轨迹；图4为曲线运动轨迹模型分析示意图；图5为三维变速曲线切向运动路径示意图，其中：(a)为高度向变速运动，(b)为切航向变速运动，(c)为沿航向变速运动；图6为切向孔径轨迹的三维空间角度示意图；图7为根据本专利技术的点目标空间三维分辨率仿真结果，其中：(a)为3dB-3D聚焦图像，(b)为切航向分辨率，(c)为高度向分辨率，(d)切航向-沿航向切片图像，(e)沿航向-高度向切片图像，(f)切航向-高度向切片图像；图8为多点三维成像结果，其中：(a)为3dB三维BP成像结果，(b)为10dB三维BP成像结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行更详细地描述。本专利技术提出的弹载毫米波前视切向SAR成像模型性能分析方法，根据弹载毫米波前视切向SAR构型的三维运动特性，即沿航迹向、切航迹向、高度向的运动特性，分析设计不同的运动参数，获取其空间三维的合成孔径，并采用几何矢量分析法对理想条件下弹载平台与参考点目标之间的距离历程进行分析，判断是否存在等距离历程点集，分析其对观测区域空间三维成像结果的影响，以优化空间三维的切向路径。所述弹载毫米波前视切向SAR成像模型基于弹道下降轨的运动模型，并结合导弹为防止拦截而飞行的蛇形规避运动特性构造，因此该模型充分利用了导弹弹道的运动特点，因此更符合实际背景。所述方法具体包括如下步骤：步骤1：根据导弹下降轨的运动模型，并利用导弹规避拦截的蛇形切向运动特性，结合其沿航向和高度向的运动特征，获得表征回波信号的数学模型；基于导弹规避的蛇形机动能力实现空间的切向孔径，可以避免传统弹载SAR模型中为实现方位高分辨而与目标间距存在一定角度的问题。同时，随着沿航向高速运动，获取切航向的多视角观测，可实现对场景目标的持续观测。针对空间三维切向孔径模型，分析观测区域中任意两个点目标和的距离历程，并分别记为和若所述两个点具有相同的斜距历程，即时，则对于观测区域的回波散射点和的积分叠加可表示为：由式(1)可知，空间中具有相同距离历程的散射点具有相同的回波信号形式，其散射系数在数学上不可分，因而图像中某像素点强度是观测区域中与该像素点距离历程相同的散射点散射系数的叠加。同时，若具有相同距离历程的某些像素上并没有散射点，成像后的三维图像空间将会产生虚假像素点。因此，本专利技术根据切向孔径毫米波雷达前视三维成像模型，对三维成像空间中等距离历程集进行分析。具体而言，根据如下方程组判断是否存在等距离历程集：式中，表示初始雷达平台的位置矢量信息，C(N-1)×3是雷达平台的瞬时速度矢量矩阵，其表达式为：根据如图4所示的曲线运动轨迹模型，当切向路径为空间三维匀速直线运动或空间某一维变速的曲线运动，即矩阵C(N-1)×3的秩分别为1或2时，式(2)中方程一的解为一过点的圆球，而方程二的解分别为一过点且垂直于切向路径的圆和一条过点的直线，其与方程一的合集分别为空间中的一个圆和空间中分布在切向路径两侧的对称散射点，存在等距离点集，此时无法在观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法，所述成像模型为基于弹道下降轨的运动模型，并结合导弹为防止拦截而飞行的蛇形规避运动特性构造的空间三维切向孔径模型，其特征在于：该方法包括如下步骤：根据导弹下降轨的运动模型，并利用导弹规避拦截的蛇形切向运动特性，结合其沿航向和高度向的运动特征，获得表征回波信号的数学模型；根据上述回波信号表征数学模型，结合雷达参数和运动参数，分析该成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力；针对成像模型的空间三维切向运动，以空间全向运动模型为参考，采用BP算法对比分析其对观测区域空间三维成像结果的影响。

【技术特征摘要】
1.一种弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法，所述成像模型为基于弹道下降轨的运动模型，并结合导弹为防止拦截而飞行的蛇形规避运动特性构造的空间三维切向孔径模型，其特征在于：该方法包括如下步骤：根据导弹下降轨的运动模型，并利用导弹规避拦截的蛇形切向运动特性，结合其沿航向和高度向的运动特征，获得表征回波信号的数学模型；根据上述回波信号表征数学模型，结合雷达参数和运动参数，分析该成像模型的三维空变耦合特性和三维空间分辨能力；针对成像模型的空间三维切向运动，以空间全向运动模型为参考，采用BP算法对比分析其对观测区域空间三维成像结果的影响。2.根据权利要求1所述的弹载毫米波切向前视SAR三维成像模型性能分析方法，其特征在于：分析三维成像空间中是否存在等距离历程集，以根据具有相同距离历程的某些像素上是否存在散射点，判断成像后的三维图像空间是否产生虚假像素点。3.根据权利要求2所述的弹载毫米波切向前视SAR三维成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：武春风，汪宗福，顾彤，白明顺，吴婷婷，刘洋，
申请(专利权)人：成都航天科工微电子系统研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51