直升機(jī)載ROSAR低空環(huán)境感知方法研究.pdf

1、隨著直升機(jī)載等低空飛行器井噴式發(fā)展，低空飛行器的飛行安全及自主避險(xiǎn)問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。針對(duì)低空環(huán)境感知中的感知能力受限于平臺(tái)載荷、回波信噪比低、傳統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)量大等問(wèn)題，依次開展了步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像、頻率步進(jìn)信號(hào)旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(dá)(ROSAR)成像、基于壓縮感知的旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(dá)成像的方法研究。
　　為了實(shí)現(xiàn)低空避險(xiǎn)，提前感知危險(xiǎn)信息，提高低空障礙物成像分辨率，提出了步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像。首先，對(duì)

2、原始回波信號(hào)去噪得到觀測(cè)矢量，并構(gòu)造字典矩陣；然后，通過(guò)改進(jìn)的零空間調(diào)整算法獲得一維超分辨距離像。該方法解決了常規(guī)壓縮感知對(duì)噪聲敏感、已知散射點(diǎn)個(gè)數(shù)及傳統(tǒng)方法中IFFT后出現(xiàn)冗余問(wèn)題，可用于步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物檢測(cè)與定位，是實(shí)現(xiàn)低空飛行器自主避險(xiǎn)的前提。
　　旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(dá)利用直升機(jī)旋翼的工作特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)360度環(huán)形成像，相比機(jī)頭實(shí)孔徑由于旋轉(zhuǎn)合成孔徑增大，能夠檢測(cè)更弱的目標(biāo)和獲得更高的分辨力。直接發(fā)射線性調(diào)頻大帶寬信號(hào)的R

3、OSAR難以滿足直升機(jī)平臺(tái)對(duì)載荷尺寸和重量的要求。發(fā)射中心載頻步進(jìn)瞬時(shí)窄帶信號(hào)的ROSAR，能夠降低硬件復(fù)雜度，但帶來(lái)了信號(hào)處理有效積累的難題。針對(duì)此難題，提出了脈沖間距離走動(dòng)校正的頻率步進(jìn)ROSAR成像方法。首先，推導(dǎo)了頻率步進(jìn)信號(hào)旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(dá)的幾何模型；然后，提出了頻率步進(jìn)雷達(dá)脈沖間距離走動(dòng)及其頻域校正方法；接著，采用Omega-K算法實(shí)現(xiàn)觀測(cè)場(chǎng)景的高分辨成像；最后，對(duì)距離與方位分辨率性能影響進(jìn)行詳細(xì)的分析。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證

4、了該算法的有效性以及高分辨性能。
　　針對(duì)高分辨、高重頻旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(dá)奈奎斯特采樣數(shù)據(jù)量大與傳統(tǒng)算法運(yùn)算復(fù)雜度高的問(wèn)題，提出了基于壓縮感知的ROSAR成像方法。首先，在觀測(cè)場(chǎng)景滿足稀疏特性的前提下，方位向通過(guò)以稀疏孔徑的方法獲取降采樣的原始數(shù)據(jù)；然后，在距離向使用匹配濾波方法實(shí)現(xiàn)距離向脈沖壓縮；最后，在方位向則通過(guò)求解最小l1范數(shù)優(yōu)化問(wèn)題恢復(fù)方位向散射系數(shù)，從而完成ROSAR成像。與傳統(tǒng)的距離-多普勒ROSAR成像方法相比，該