等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，包括：根据等离子鞘套流场分布特性进行等离子鞘套建模；将等离子鞘套模型由内向外均分为M

【技术实现步骤摘要】
等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法


[0001]本专利技术属于合成孔径雷达成像领域，涉及一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法。

技术介绍

[0002]高速飞行器平台以高超声速飞行时，会给高速飞行器平台合成孔径雷达(SAR)成像带来新的挑战。高超声速飞行的飞行速度一般超过15Mach甚至25Mach，然而，高速飞行器平台在飞行过程中与空气剧烈摩擦，从而使飞行器头部的温度达到几千度，空气分子的振动能被激发从而产生离解、电离，这些带电的自由电子、离子以及中性粒子包覆在飞行器表面，形成等离子鞘套。等离子鞘套可以由其内部的电子密度和碰撞频率参数，以及相应的空间和时间变化特征描述，与飞行轨迹机动变化、飞行姿态攻角变化、防热材料烧蚀、大气环境变化有关。
[0003]等离子鞘套是一种复杂介质，会给SAR信号造成严重的幅相畸变，对高速飞行器平台SAR成像造成严重的影响。但是，现有的高速飞行器平台SAR成像模型仅仅考虑高速对高速飞行器平台SAR成像的影响，忽略了高速飞行器飞行时产生的等离子体鞘套对SAR成像的影响。如果仅仅利用传统SAR成像模型处理等离子鞘套环境下的高速飞行器平台SAR成像，会产生严重的误差，导致成像不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，以解决现有的高速飞行器平台SAR成像模型忽略了高速飞行器飞行时产生的等离子体鞘套对SAR成像的影响，导致高速飞行器平台SAR成像产生严重误差的问题。
[0005]本专利技术实施例所采用的技术方案是：一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，包括：
[0006]根据等离子鞘套流场分布特性进行等离子鞘套建模；
[0007]将等离子鞘套模型由内向外均分为M
‑
1层等离子体，并确定其中每一层等离子体的传播矢量以及散射矩阵；
[0008]根据等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量以及散射矩阵，计算等离子鞘套的总透射系数；
[0009]基于没有等离子鞘套时的高速飞行器平台合成孔径雷达信号，根据等离子鞘套的总透射系数，得到耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号；
[0010]利用耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号进行成像。
[0011]进一步的，等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量按照以下步骤计算：
[0012]等离子鞘套电子密度的分布为：
[0013][0014]其中，N
e
(z)为等离子鞘套电子密度的均值，将等离子鞘套模型由内向外均分为M
‑
1层等离子体薄层时，对应将连续的等离子鞘套电子密度N
e
(z)分成了M
‑
1层，每一层等离子体的电子密度为N
e,n
；Ne
peak
为等离子鞘套电子密度的峰值，z
peak
为等离子鞘套电子密度的峰值位置，z为空间坐标，c1和c2是轮廓参数；
[0015]等离子鞘套中每一层等离子体的频率为：
[0016][0017]其中，ω
p,n
为等离子鞘套中第n层等离子体的频率，e为电子电量，ε0为真空介电常数，m
e
为电子质量；
[0018]等离子鞘套中每一层等离子体的介电常数按照下式计算：
[0019][0020]其中，为等离子鞘套中第n层等离子体的介电常数，v是等离子体碰撞频率；ω为入射电磁波角频率，ω＝2πf，f为入射电磁波的频率；
[0021]等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量为：
[0022][0023]其中，k
n
为等离子鞘套中第n层等离子体的传播矢量，μ0为真空磁导率。
[0024]进一步的，等离子鞘套中每一层等离子体的散射矩阵按照以下步骤计算：
[0025]首先，计算等离子鞘套中第n层等离子体中的电场分量和磁场分量
[0026][0027][0028]其中，E0是入射电磁波的场强幅度，B
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的反射系数，C
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的透射系数，θ
n
是入射电磁波在等离子鞘套的第n层等离子体中传输时的入射角，η
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的波阻抗，是沿y轴的方向矢量；
[0029]然后，根据等离子鞘套中相邻两层等离子体的电场和磁场的边界条件，获得：
[0030][0031]最后，将等离子鞘套中第n层等离子体的反射系数B
n
和透射系数C
n
以及第n
‑
1层等离子体的反射系数B
n
‑1和透射系数C
n
‑1带入上式，计算得到等离子鞘套中第n层等离子体的散射矩阵S
n
为：
[0032][0033]其中，d为等离子鞘套中每一层等离子体的厚度，k
n
为等离子鞘套中第n层等离子体的传播矢量，θ
n
是入射电磁波在等离子鞘套的第n层等离子体中传输时的入射角，k
n
‑1为等离子鞘套中第n
‑
1层等离子体的传播矢量，θ
n
‑1是入射电磁波在等离子鞘套的第n
‑
1层等离子体中传输时的入射角，j是虚部符号。
[0034]进一步的，等离子鞘套的总透射系数按照以下步骤计算：
[0035]首先，利用等离子鞘套中每一层等离子体的散射矩阵，计算等离子鞘套中第1到M
‑
1层等离子体的散射矩阵的级联S
g
，
[0036]然后，按照下式计算中间变量Q：
[0037][0038]其中，k
M
‑1为等离子鞘套中第M
‑
1层等离子体的传播矢量，θ
M
‑1是入射电磁波在等离子鞘套的第M
‑
1层等离子体中的入射角；k
M
是等离子鞘套外的自由空间的传播矢量，θ
M
为入射电磁波在等离子鞘套外的自由空间的入射角；
[0039]将等离子鞘套中第1到M
‑
1层等离子体的散射矩阵的级联S
g
重新写为S
g
＝[S
g1 S
g2
]，求得矩阵S
g1
和S
g2
；
[0040]最后，通过下式，求得等离子鞘套的总透射系数T和总反射系数R：
[0041][0042]进一步的，耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号按照以下步骤确定：
[0043]场景中点目标P的坐标用p表示，那么从点目标P到SAR的瞬时斜距R(t
a
；p)可以表示为：
[0044]R(t
a
；p本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括：根据等离子鞘套流场分布特性进行等离子鞘套建模；将等离子鞘套模型由内向外均分为M
‑
1层等离子体，并确定其中每一层等离子体的传播矢量以及散射矩阵；根据等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量以及散射矩阵，计算等离子鞘套的总透射系数；基于没有等离子鞘套时的高速飞行器平台合成孔径雷达信号，根据等离子鞘套的总透射系数，得到耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号；利用耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号进行成像。2.根据权利要求1所述的一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，其特征在于，等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量按照以下步骤计算：等离子鞘套电子密度的分布为：其中，N
e
(z)为等离子鞘套电子密度的均值，将等离子鞘套模型由内向外均分为M
‑
1层等离子体薄层时，对应将连续的等离子鞘套电子密度N
e
(z)分成了M
‑
1层，每一层等离子体的电子密度为N
e,n
；Ne
peak
为等离子鞘套电子密度的峰值，z
peak
为等离子鞘套电子密度的峰值位置，z为空间坐标，c1和c2是轮廓参数；等离子鞘套中每一层等离子体的频率为：其中，ω
p,n
为等离子鞘套中第n层等离子体的频率，e为电子电量，ε0为真空介电常数，m
e
为电子质量；等离子鞘套中每一层等离子体的介电常数按照下式计算：其中，为等离子鞘套中第n层等离子体的介电常数，v是等离子体碰撞频率；ω为入射电磁波角频率，ω＝2πf，f为入射电磁波的频率；等离子鞘套中每一层等离子体的传播矢量为：其中，k
n
为等离子鞘套中第n层等离子体的传播矢量，μ0为真空磁导率。3.根据权利要求1所述的一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，其特征在于，等离子鞘套中每一层等离子体的散射矩阵按照以下步骤计算：首先，计算等离子鞘套中第n层等离子体中的电场分量和磁场分量和磁场分量
其中，E0是入射电磁波的场强幅度，B
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的反射系数，C
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的透射系数，θ
n
是入射电磁波在等离子鞘套的第n层等离子体中传输时的入射角，η
n
是等离子鞘套中第n层等离子体的波阻抗，是沿y轴的方向矢量；然后，根据等离子鞘套中相邻两层等离子体的电场和磁场的边界条件，获得：最后，将等离子鞘套中第n层等离子体的反射系数B
n
和透射系数C
n
以及第n
‑
1层等离子体的反射系数B
n
‑1和透射系数C
n
‑1带入上式，计算得到等离子鞘套中第n层等离子体的散射矩阵S
n
为：其中，d为等离子鞘套中每一层等离子体的厚度，k
n
为等离子鞘套中第n层等离子体的传播矢量，θ
n
是入射电磁波在等离子鞘套的第n层等离子体中传输时的入射角，k
n
‑1为等离子鞘套中第n
‑
1层等离子体的传播矢量，θ
n
‑1是入射电磁波在等离子鞘套的第n
‑
1层等离子体中传输时的入射角，j是虚部符号。4.根据权利要求1所述的一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，其特征在于，等离子鞘套的总透射系数按照以下步骤计算：首先，利用等离子鞘套中每一层等离子体的散射矩阵，计算等离子鞘套中第1到M
‑
1层等离子体的散射矩阵的级联S
g
，然后，按照下式计算中间变量Q：其中，k
M
‑1为等离子鞘套中第M
‑
1层等离子体的传播矢量，θ
M
‑1是入射电磁波在等离子鞘套的第M
‑
1层等离子体中的入射角；k
M
是等离子鞘套外的自由空间的传播矢量，θ
M
为入射电磁波在等离子鞘套外的自由空间的入射角；将等离子鞘套中第1到M
‑
1层等离子体的散射矩阵的级联S
g
重新写为S
g
＝[S
g1 S
g2
]，求得矩阵S
g1
和S
g2
；最后，通过下式，求得等离子鞘套的总透射系数T和总反射系数R：5.根据权利要求1～4任一项所述的一种等离子鞘套下高速飞行器平台合成孔径雷达成像方法，其特征在于，耦合等离子鞘套效应的高速飞行器平台合成孔径雷达信号按照以下步骤确定：场景中点目标P的坐标用p表示，那么从点目标P到S...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋黎浩，白博文，李小平，刘彦明，牛戈钊，丁懿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：