機(jī)載合成孔徑雷達(dá)分辨率飛行試驗(yàn)考核方法研究

隋靜 趙楊 于天超

摘要：本文對(duì)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)分辨率的飛行試驗(yàn)考核方法進(jìn)行整理和分析，通過研究確定角反射器布設(shè)間距與分辨率指標(biāo)的關(guān)系，完善了角反射器組法的準(zhǔn)確性和有效性，提供了更加直觀、工程化的分辨率試飛考核方法。首先，從理論上分析仿真角反射器的間距與分辨率的關(guān)系;其次，利用飛行試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證該試飛考核方法的有效性。

關(guān)鍵詞：合成孔徑雷達(dá);分辨率;飛行試驗(yàn);角反射器

1.引言

合成孔徑雷達(dá)是利用雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生巨大的有效孔徑獲得方位向高分辨率、利用脈沖壓縮技術(shù)獲得距離向高分辨率。與光學(xué)、紅外等傳感器相比，合成孔徑雷達(dá)成像不受光照、天氣條件等影響，能夠?qū)Φ匚锬繕?biāo)進(jìn)行全天時(shí)、全天候、高分辨率、大面積探測(cè)。這一特點(diǎn)使得合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)展也越來越迅速。在軍事方面，合成孔徑雷達(dá)是直觀有效的情報(bào)獲取手段，裝備在有人機(jī)、無人機(jī)上。

其中，分辨率是機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的重要指標(biāo)，代表雷達(dá)獲取圖像的詳實(shí)和清晰程度。分辨率越高，圖像越清晰。目前，飛行試驗(yàn)主要有兩種考核分辨率的方法，第一種是點(diǎn)目標(biāo)沖擊響應(yīng)法，第二種是角反射器組法。第一種方法從分辨率定義出發(fā)定量評(píng)估，第二種方法從使用出發(fā)定性評(píng)估。而對(duì)于角反射器組法中的角反射器布設(shè)間距是爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。因此，本文通過研究確定角反射器布設(shè)間距與分辨率指標(biāo)的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)分辨率的準(zhǔn)確有效驗(yàn)證，提供一種更加直觀、工程化的分辨率考核方法。

2.點(diǎn)目標(biāo)沖擊響應(yīng)法

按照分辨率的定義，機(jī)載合成孔徑雷達(dá)圖像上點(diǎn)目標(biāo)沖擊響應(yīng)的半功率點(diǎn)寬度為距離和方位分辨率。具體方法為：在地面布設(shè)若干離散角反射器，雷達(dá)對(duì)其場(chǎng)景成像，通過圖像獲取單個(gè)角反射器的點(diǎn)目標(biāo)沖擊響應(yīng)函數(shù)，計(jì)算方位向和距離向3dB寬度，得到分辨率的定量評(píng)估結(jié)果。

3.角反射器組法

沿飛機(jī)飛行的方位向和距離向，在地面布設(shè)兩兩一對(duì)的角反射器組，雷達(dá)對(duì)其場(chǎng)景成像，通過圖像上可分辨角反射器組的比例定性評(píng)估分辨率。那么，如何布設(shè)角反射器組才能夠準(zhǔn)確有效考核分辨率指標(biāo)，我們需要研究?jī)蓚€(gè)角反射器的間距與分辨率的關(guān)系。

3.1理論分析

假設(shè)雷達(dá)的分辨率為1，兩個(gè)相同的理想點(diǎn)目標(biāo)反射體，設(shè)置它們之間的擺放間距分別為0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4，分別為分辨率的0倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍、2倍、2.2倍、2.4倍，而兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波的相位差有0°、45°、90°、135°、180°五種情況。兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波響應(yīng)仿真結(jié)果見圖1，圖中曲線為兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的回波，Δ指兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的間距，φ指兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波的相位差。

從仿真結(jié)果可以看出，針對(duì)所有相位差情況，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)間距為2倍時(shí)，基本能夠區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)。但仿真為理想情況，實(shí)際試驗(yàn)中兩個(gè)反射體并非完全相同，并且雷達(dá)旁瓣壓縮加權(quán)處理會(huì)帶來回波展寬，通常為1.3～1.5倍左右，因此，我們得到：當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)間距為2.5倍時(shí)，可明顯區(qū)分兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)。

3.2工程檢驗(yàn)

我們選取一定尺寸的反射器，共15個(gè)。在試驗(yàn)場(chǎng)中沿方位向和距離向布設(shè)角反射器組（方位向3個(gè)、距離向4個(gè)，共12個(gè)），以及離散角反射器（3個(gè)）。其中，角反射器組中的角反射器間距按照分辨率指標(biāo)值ρ的2.5倍擺放。雷達(dá)工作在相應(yīng)分辨率模式下，對(duì)目標(biāo)區(qū)域成像，角反射器布設(shè)示意圖見圖2。

圖2 ?角反射器布設(shè)示意圖

飛行后，利用雷達(dá)圖像獲取角反射器的點(diǎn)目標(biāo)沖擊響應(yīng)圖。當(dāng)兩個(gè)角反射器間距為2.5倍ρ時(shí)，可明顯區(qū)分角反射器組。同時(shí)，利用單個(gè)角反射器考核，獲得方位向分辨率結(jié)果為0.8倍ρ、距離向分辨率結(jié)果為0.8倍ρ。兩種試驗(yàn)方法的結(jié)果是一致的，被試合成孔徑雷達(dá)的分辨率滿足指標(biāo)要求。

4.結(jié)束語

本文針對(duì)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)分辨率飛行試驗(yàn)考核方法，通過研究確定角反射器布設(shè)間距與分辨率指標(biāo)的關(guān)系，完善了角反射器組法的準(zhǔn)確性和有效性，提供了更加直觀、工程化的機(jī)載合成孔徑雷達(dá)分辨率試飛考核方法，并驗(yàn)證該方法的有效性。合成孔徑雷達(dá)作為重要機(jī)載偵察設(shè)備，針對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)的飛行試驗(yàn)考核缺乏經(jīng)驗(yàn)，需要長(zhǎng)期深入的研究。

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（作者單位：中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院）