弹载相控阵探测器高分辨成像原理

弹载相控阵探测器能够在飞行过程中，为载弹提供目标区域内的高分辨距离像。弹载相控阵探测器需要解决的是高分辨测角与高精度测距两方面问题。结合前文的推导与分析，在此对弹载相控阵探测器高分辨成像原理及可行性进行详细分析，对比传统成像模式，说明章节研究的探测体制的优势。单次前视探测时，更复杂的辐照模式能够提供更多有效的探测信息；相比于实波束扫描探测模式，相控阵在控制波束扫描上利用电扫描实现探测波束偏转（方向图中心位置偏转），从而覆盖整个视场范围，利用电扫描能够提升探测器的整体效率。上述优势都为弹载相控阵探测提供了基础，弹载相控阵探测器的成像原理如图6-9所示。

图6-9　弹载相控阵探测器的成像原理

实现高分辨成像的前提包括高分辨准确的散射点重构、强散射点方位向高分辨测角以及高分辨定距。由于相控阵探测器具备阵列天线前端，因此能够实现随机相位编码，在探测初期就奠定了高分辨探测的基础，这是传统单一收发探测器所欠缺的；同时由于电扫控制波束方向，在很大程度上降低了天线前端收发耗时，保证探测的实时性。

考虑整体成像过程的响应耗时，对弹载相控阵探测器高分辨成像的数据流进行研究，以说明相控阵探测器能够为载弹实施前视高分辨定距。从天线截获目标区域回波信号数据并进行采样、下变频等一系列预处理后开始，信号处理模块中的数据流如图6-10所示。

(www.xing528.com)

图6-10　弹载相控阵探测器高分辨成像数据流

弹载相控阵探测器完成一次目标区域的高分辨成像主要可分为三部分：①探测器天线前端截获回波数据并进行预处理；②求解目标区域中强散射点的角度信息与距离信息；③拼接各单元强散射点数据并得到高分辨方位-距离像。图6-10展现了相控阵阵列天线对目标区域探测的基本流程，遍历全部阵元的回波信号即能完成对探测信号覆盖区域的完全探测。探测器天线前端的阵列模式是保证探测器短时间条件下完成探测任务的根本。如图6-10所示，相比于单一天线的前端，阵列天线能够在发射探测信号时做出更多辐照模式。由于短时间内的工作环境要求，因此探测前端的发射波束辐照模式应尽可能多样化。

在第2章进行的理论推导表明：为解决弹载相控阵高分辨探测必须增加探测波束辐照模式的复杂程度，使得在单次截获的回波中包含更加丰富的目标区域有效信息。阵列天线前端若要实现复杂辐照模式势必降低算法的实时性，同时在前端增加随机调相组件，在扫描的条件下实现不同的信号初始调相。

相控阵前端的移相器就是相位调制器件，其实在相控阵波束控制时就已经对每一阵元发射信号的初始相位进行了约束，这也可以被视为一种随机相位调制，且调制参数已知，可用于对回波信号中的散射点重构。

综上分析，利用相控阵探测器能够实施高分辨探测，为载弹提供目标范围内强散射点的高分辨方位-距离像，针对成像流程对高分辨成像策略进行详细的理论推导，并结合相关仿真实验说明该策略的可行性与优越性。