CN106507893B - 一种高超声飞行器雷达成像末端制导方法 - Google Patents
一种高超声飞行器雷达成像末端制导方法Info
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Abstract
本发明属于导引头技术，涉及在高超声速飞行下毫米波导引头末端制导方法。本发明高超声飞行器雷达成像末制导方法在平飞段采用SAR正侧视条带模式或聚束式成像模式制导，在初始俯冲段采用SAR聚束式成像模式制导，在大角度俯冲段采用SAR聚束式成像与实孔径扫描成像，实现平稳转换，在近似垂直俯冲段，采用实孔径扫描成像制导。本发明通过安装于高超声速飞行器鼻锥处的毫米波平面相控阵天线，在满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束的不同要求，以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的同时，实现高超声速飞行器雷达成像末制导的全程高制导精度，从而可以实现对地面目标或海面目标的精确制导。
Description
技术领域
本发明属于导引头技术，涉及在高超声速飞行下毫米波导引头末端制导方法。
背景技术
美国高超声速飞行器已经进行过多次飞行试验，但关于飞行器的末制导方式尚未见资料报道。从德国Bodenseewerk公司为高超声速飞行器鼻锥处电磁透波复合窗申请的专利(US6273362B1)推断，高超声速(飞行马赫数等于或大于5)飞行器末制导采用雷达导引是可行的技术途径之一。
对地面或海面目标，由于地/海杂波的影响，要实现精确制导必须采用成像技术。美国Sandia国家实验室研制了分辨率0.1米Ku波段MiniSAR系统，以适应小型无人机侦察系统以及精确制导战术武器的应用需求。德国EDAS公司成功进行了Ka波段小型SAR系统验证平台的地面和空中挂飞实验。美国雷神公司在JDAM智能炸弹的改进型号中采用了SAR/红外成像复合制导。上述SAR成像制导主要应用于导弹中制导，利用正侧视/有限的前斜视获得地面图像与预先存储的图像进行比对相关，修正弹道航迹，其缺点是在高超声速飞行器弹道末段超大前斜视俯冲时不能对目标进行成像，使制导精度不能满足高超声速飞行器要求。
发明内容
本发明的目的是：为了解决现有技术末端俯冲时，对目标难以精确成像的问题，本发明提供了一种可以有效提高高超声速飞行器末端制导精度的制导方法。
本发明的技术方案是：一种高超声飞行器雷达成像末端制导方法，所述高超声速飞行器的鼻锥处安装有能满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束要求以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的毫米波平面相控阵天线，其制导过程如下：
1).高超声速飞行器弹道末端平飞段AB，
在平飞段AB，雷达末制导采用的SAR成像先后工作于条带式模式和聚束式成像模式，其中，条带式模式时，成像区域为非目标区域，采用子孔径成像的方式对回波数据进行成像；在照射到目标区域之后，进入聚束式成像模式，采用相同的子孔径长度对目标进行成像；
2).在弹道末端初始俯冲段BC，
在初始俯冲段BC，雷达末制导仍采用SAR聚束式成像；
3).在弹道末端大角度俯冲段CD，
在大角度俯冲段CD，将SAR聚束式成像转换成实孔径扫描成像，实现制导方式的转换；
4).在弹道末端近似垂直俯冲段DE，
在近似垂直俯冲段DE，雷达末制导采用实孔径扫描成像制导。
在平飞段AB内，进入聚束式成像模式后，进入俯冲运动段之前，斜视角从45度逐渐变大到60度。
初始俯冲段BC，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由60度变为30度。
天线的俯仰向长度为0.15m，方位向上的天线长度不大于0.6m，天线的俯仰向波束张角为3度，方位向波束张角为0.82度。
在大角度俯冲段CD，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由30度变为10度。
在大角度俯冲段CD内制导模式的转换先由SAR聚束式成像降维，采用一维距离像对目标定位跟踪，并且测量弹目距离直到实孔径方位向成像精度满足制导要求后，转入实孔径扫描成像。
在大角度俯冲段CD内制导模式的转换时，SAR聚束式成像与实孔径扫描成像同时工作，信号处理同步处理两类工作模式的回波数据，直至两者成像精度相当，完成制导方式转换。
本发明的优点是：本发明通过安装于高超声速飞行器鼻锥处的毫米波平面相控阵天线，在满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束的不同要求，以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的同时，实现高超声速飞行器雷达成像末制导的全程高制导精度，提出了提高毫米波作用距离、空间分辨率、成像质量的途径，特别是能实现高超声速飞行器弹道末端的远距离和近距离高精度制导，从而可以实现对地面目标或海面目标的精确制导，大幅提高导弹的战斗力，具有较大的军事价值。
附图说明
图1是本发明高超声速飞行器弹道末端分段示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明高超声飞行器雷达成像末端制导方法的工作原理是：使用安装于高超声速飞行器鼻锥处的毫米波平面相控阵天线，在满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束的不同要求，以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的同时，实现高超声速飞行器雷达成像末制导的全程高制导精度。
参见图1，其是本发明高超声速飞行器弹道末端分段示意图。本发明高超声飞行器雷达成像末端制导方法的过程如下：
1.高超声速飞行器弹道末端平飞段AB，
在平飞段AB，雷达末制导采用的SAR成像先后工作于两个模式，首先是条带式，采用子孔径成像的方式对回波数据进行成像，此时的前斜视角为45度，成像区域为非目标区域，通过此刻的实时成像处理，校正成像中某些可能与标称值不匹配的系统参数；在照射到目标区域之后，进入聚束式成像模式，此时的斜视角从45度逐渐变大到60度，采用相同的数据量(子孔径长度)对目标进行成像，目标的分辨率逐渐提高，在高超声速飞行器进入俯冲运动段之前，实现对目标的精确定位。
2.在弹道末端初始俯冲段BC，
在初始俯冲段BC，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由60度变为30度，雷达末制导仍采用SAR聚束式成像。为了达到地面1000m的观测宽度，结合波长参数，天线的俯仰向长度为0.15m，方位向上的天线长度不大于0.6m，在这样的模式条件下，天线的俯仰向波束张角为3度，方位向波束张角为0.82度。
3.在弹道末端大角度俯冲段CD，
在大角度俯冲段CD，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由30度变为10度，是SAR聚束式成像与实孔径扫描成像的转换段。采用两种方法实现平稳转换：一是由SAR聚束式成像降维，采用一维距离像对目标定位跟踪，并且测量弹目距离直到实孔径方位向成像精度满足制导要求后，转入实孔径扫描成像；二是SAR聚束式成像与实孔径扫描成像同时工作，信号处理同步处理两类工作模式的回波数据，直至两者成像精度相当，完成制导方式转换。
4.在弹道末端近似垂直俯冲段DE，
在近似垂直俯冲段DE，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角小于10度，雷达末制导采用实孔径扫描成像制导，导引头方位分辨率达到0.2°，可在弹目距离1.4km实现5m的图像分辨率，从而解决制导精度不足的问题。
综上所述本发明高超声飞行器雷达成像末制导方法在平飞段采用SAR正侧视条带模式或聚束式成像模式制导，在初始俯冲段采用SAR聚束式成像模式制导，在大角度俯冲段采用SAR聚束式成像与实孔径扫描成像，实现平稳转换，在近似垂直俯冲段，采用实孔径扫描成像制导。本发明通过安装于高超声速飞行器鼻锥处的毫米波平面相控阵天线，在满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束的不同要求，以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的同时，实现高超声速飞行器雷达成像末制导的全程高制导精度，特别是能实现高超声速飞行器弹道末端的远距离和近距离高精度制导，从而可以实现对地面目标或海面目标的精确制导，大幅提高导弹的战斗力。
Claims (7)
1.一种高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于：所述高超声速飞行器的鼻锥处安装有能满足SAR成像所需宽天线波束和实孔径扫描成像所需窄天线波束要求以及SAR聚束式成像和实孔径扫描成像对于天线波束快速精确控制要求的毫米波平面相控阵天线，其制导过程如下：
1).高超声速飞行器弹道末端平飞段AB，
在平飞段AB，雷达末制导采用的SAR成像先后工作于条带式模式和聚束式成像模式，其中，条带式模式时，成像区域为非目标区域，采用子孔径成像的方式对回波数据进行成像；在照射到目标区域之后，进入聚束式成像模式，采用相同的子孔径长度对目标进行成像；
2).在弹道末端初始俯冲段BC，
在初始俯冲段BC，雷达末制导仍采用SAR聚束式成像；
3).在弹道末端大角度俯冲段CD，
在大角度俯冲段CD，将SAR聚束式成像转换成实孔径扫描成像，实现制导方式的转换；
4).在弹道末端近似垂直俯冲段DE，
在近似垂直俯冲段DE，雷达末制导采用实孔径扫描成像制导。
2.根据权利要求1所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于：在平飞段AB内，进入聚束式成像模式后，进入俯冲运动段之前，斜视角从45度逐渐变大到60度。
3.根据权利要求2所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于：初始俯冲段BC，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由60度变为30度。
4.根据权利要求3所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于：天线的俯仰向长度为0.15m，方位向上的天线长度不大于0.6m，天线的俯仰向波束张角为3度，方位向波束张角为0.82度。
5.根据权利要求4所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于：在大角度俯冲段CD，飞行器速度矢量与波束中心之间的夹角由30度变为10度。
6.根据权利要求5所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于，在大角度俯冲段CD内制导模式的转换先由SAR聚束式成像降维，采用一维距离像对目标定位跟踪，并且测量弹目距离直到实孔径方位向成像精度满足制导要求后，转入实孔径扫描成像。
7.根据权利要求5所述的高超声飞行器雷达成像末端制导方法，其特征在于，在大角度俯冲段CD内制导模式的转换时，SAR聚束式成像与实孔径扫描成像同时工作，信号处理同步处理两类工作模式的回波数据，直至两者成像精度相当，完成制导方式转换。
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