弹载相控阵探测器前视目标区域成像优化策略

弹载探测器前视成像具体步骤包括距离像脉冲压缩以及目标区域强散射点方位向定位。相比于传统的目标区域定距技术，弹载平台具有更高的实时性要求，弹载探测器单次测量过程中，探测信号必须具备更多的调制信息，目标区域强散射点形成的回波信号才能在短时间内包含更多的目标信息，使得弹载相控阵探测器具有前视高分辨成像能力。在对目标区域强散射点高分辨成像的过程中，对相控阵阵面各阵元的发射信号时域波形进行随机相位调制，使得相控阵探测器发射信号之间非相关性最大且调制矩阵已知，在回波信号处理的数学推导过程中，随机相位调制矩阵增大了辐射场内非时空相关性，为实现弹载相控阵探测器前视高分辨成像奠定了基础。

前视目标区域的高分辨成像是基于高分辨测角以及测距的基础之上的。利用和、差通道回波数据，得到待测目标区域方位向测角数据。为了提升目标区域成像的精度，需利用单脉冲技术将每一存储回波数据单元在方位向进行高分辨分析。首先，将数据区域的每一回波储存单元的方位分为N等份，数据区域划分的过程可以视为将方位分辨单元减小为原来的1／N。然后，针对每一储存单元的和、差回波信号进行DOA解算，根据目标处各强散射点对应的方位角重新定位于新的回波数据储存单元。从而每一回波数据储存单元信号在方位向均经历一次重新精确定位处理，数据存储过程示意图如图6-1所示。

图6-1　数据存储过程示意图

（a）数据存储单元；（b）第n行存储单元；（c）第n行m列存储单元

回波数据储存在（N，M）维的数据单元内，当处理至（n，m）个数据单元时，结合回波信号的强散射点DOA信息，将信号数据进一步压缩与重新定位，因此在（n，m）内的强散射点回波数据仅在该储存单元的第k列。直观上看，原始数据由（n，m）单元精确定位至（n，mk）单元，将每一回波数据都进行上述处理，目标强散射点位置就会进一步精确定位，前视探测分辨率也会随之提高。

弹载相控阵探测器的前视成像思路：将相控阵探测器以及相关信号处理电路安装于新型毫米波近炸引信前端。由探测器天线阵列向目标区域发射探测信号，并截获由目标区域强散射点反射的回波信号，通过信号处理获得目标区域强散射点位置输出。在弹载相控阵前视探测过程中，需要了解并解决的问题包括：①方位向高分辨测角［78-79］；②前视高精度测距［80-81］；③目标区域的高分辨一维距离成像［82］。针对上述问题，着重对弹载相控阵探测器前视成像的总体思路进行研究，其总体流程如图6-2所示。

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图6-2　弹载相控阵探测器前视探测总体流程

弹载相控阵探测器获得前视区域有效信息主要包括两步：探测信号的发射与回波信号的处理。利用随机相位调制实现探测信号在目标区域强散射点处的多种叠加模式，截获的回波信号中有效的信息熵最大，利用所提出的正则化算法重构得到目标区域内的系数矩阵；将重构矩阵作为信号处理的输入，利用高分辨测角与定距算法获取目标区域每一强散射点的角度信息与距离信息，作为成像的基础应用于最终成像过程。如图6-2所示，并结合前文研究成果，弹载相控阵探测器前视成像的信号处理过程可以概括为三部分：①利用前视高分辨测角算法实现目标区域的精确测角；②利用前视高精度测距技术实现对目标区域的精确测距；③结合测角与测距数据形成前视目标区域的高分辨距离像。

目标区域内强散射点的方位向角度分辨决定了最终成像方位向分辨率，定距结果决定了载弹进行作战任务的最佳位置。总而言之，弹载相控阵探测器可以为载弹提供目标区域内的每一强散射点的距离与角度，便于载弹在飞行过程中调整飞行姿态、更新作战任务等，提升载弹的精确打击能力。弹载相控阵探测器前视高分辨成像具体步骤如图6-3所示。

图6-3　弹载相控阵探测器前视高分辨成像具体步骤

由于弹载相控阵探测器的诸多限制，前视成像过程不应具有较为复杂的计算，本章提出的前视成像策略并没有较为复杂的信号处理运算，因此能够最大限度上保证整个相控阵探测器的响应实时性。

回波信号数据按照不同距离维进行读取，在储存单元提取有效强散射点所在的回波信号，对强散射点对应的回波信号进行数据等分，并且根据角度估计结果更新回波信号中的强散射点角度信息，在全新的储存空间中保存回波信号数据。当所有回波信号数据全部处理后，根据波束扫描累加、拼接得到最终的目标区域定距图像，图像上包括了每一距离维内强散射点的距离与角度信息，可直接反映该时刻载弹与目标区域之间的关系，为载弹做出下一步决策提供数据支持。