CN106646401B - 一种合成孔径雷达仿真测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合成孔径雷达(SAR)仿真测试方法。根据本发明的一种合成孔径雷达仿真测试方法，将被测SAR固定在地面工作，对空观测，目标以配合的方式在空中以设定的参数和方式飞过SAR的观测区域，目标的飞行轨迹和姿态可测，测量与SAR工作同步并同步记录测量参数，本发明可以在最可能接近SAR实际飞行的情况下，对SAR进行仿真测试，大幅度降低SAR试验的成本和风险，并且，特别适用于弹载SAR、星载SAR等无法进行真实挂载试飞的SAR系统测试。

Description

一种合成孔径雷达仿真测试方法

技术领域

本发明总体涉及合成孔径雷达雷达测试技术领域，具体涉及一种合成孔径雷达仿真测试方法。

背景技术

合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，其概念的产生可以追朔到上世纪的50年代初。1951年6月美国Goodyear Aerospace公司的Carl Wiley首先提出可以利用频率分析方法改善雷达的角分辨率的思想。与此同时，美国Illinois大学的控制系统实验室也独立地展开了用非相干雷达数据进行的实验。不仅通过实验证实了“多普勒波束锐化”的概念，而且从理论上证明了合成孔径雷达的原理，并于1953年研制成功了第一部相干X波段雷达系统，首次获得了非聚焦SAR图像。

SAR利用距离压缩的方式获得距离向高分辨率，通过合成孔径的方式来获得方位向高分辨率，而合成孔径的基础是SAR与成像目标之间存在方位向的运动，因此，这种运动是SAR成像的必要条件。

对于SAR的系统测试包括两类方法：

第一种方法，静态测试，采用信号回波模拟和仿真对SAR进行系统测试；

第二种方法，动态测试，将SAR安装在运动平台上，进行动态的系统测试。

上述第一种测试方法是静态测试，一般只能对SAR的收发信道和基本的成像功能进行测试，为了对SAR系统的性能进行更全面的测试，需要采用第二种方法，将SAR装载在运动平台上，在SAR相对成像目标运动的条件下，对SAR的收发信道、成像系统、特别是运动补偿系统，进行全面的系统测试。

对SAR进行系统测试的运动平台可以包括车载平台、他机平台和目标飞行器平台。车载平台受限于地面条件的限制，无法模拟SAR目标平台的运行特性，一般很难对SAR的成像系统和运动补偿系统进行全面测试；他机平台可以部分模拟目标飞行器的飞行特性，可以对SAR的成像系统和运动补偿系统进行部分测试；目标飞行器平台是被测SAR的最终安装飞行器，可以对SAR的成像系统和运动补偿系统进行全面的系统测试。因此，对SAR进行系统测试的最优方法就是：将其安装在目标平台上进行飞行测试。

然而，对于星载SAR、弹载SAR等SAR系统，其目标平台是一次性的，因此，是无法在目标平台上进行系统测试的，他机平台的飞行特性与目标平台的差距很大，影响系统测试的效果。另外，无论是采用他机平台还是目标平台进行飞行试验测试，飞行试验都会带来经费、人力、时间等方面的巨大开销，影响系统研制。

因此，本领域存在一种对于能够克服传统SAR系统动态测试方法的上述缺陷或不足的新测试方法的需要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种合成孔径雷达仿真测试方法，其能够克服传统SAR系统测试方法的不足，满足对SAR系统测试效果、低测试成本等方面的要求。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种合成孔径雷达仿真测试方法，这一测试方法，将SAR放置在地面，实现对SAR运动补偿系统和成像系统的全面测试。

本发明提供了一种合成孔径雷达仿真测试方法，该方法可以包括：

步骤1：被测合成孔径雷达放置在地面；

步骤2：所述被测合成孔径雷达的波束指向空中；

步骤3：用一个飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；或采用装有特定雷达散射特性设备的飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；

步骤4：所述飞行器飞过所述被测合成孔径雷达的波束照射区域，所述被测合成孔径雷达发射雷达信号，接收所述飞行器或/和飞行器装载的特定雷达散射特性设备反射的雷达信号；

步骤5：所述被测合成孔径雷达接收反射的雷达信号，或由被测合成孔径雷达的信号处理机进行实时成像处理；或者，经被测合成孔径雷达转换成雷达回波数据，并由被测合成孔径雷达的数据记录器记录，或由专用的数据记录设备记录；以及

步骤6：对实时成像处理得到的雷达图像进行分析；或者，对记录的雷达回波数据进行处理和分析，得到被测合成孔径雷达的工作测试结果。

优选地，预先设定的飞行状态包括所述飞行器的三维位置、三维速度、三维加速度、三轴角度、三轴角速度、三轴角加速度。

优选地，在测试过程中，实时测量飞行器的飞行状态，测量的所述飞行状态实时传送给所述被测合成孔径雷达，所述飞行状态与被测合成孔径雷达实时成像处理得到的雷达图像同步记录；或者，与所述雷达回波数据同步记录，同步记录的飞行状态用于所述步骤6的处理和分析。

优选地，在测试过程中，实时测量飞行器的飞行状态具体包括：在所述飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，然后再实时传送给所述被测合成孔径雷达；或者，在地面观测飞行器得到所述飞行器的飞行状态，然后再实时传送给所述被测合成孔径雷达；或者，在所述飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，再与地面观测飞行器得到飞行器的飞行状态进行组合，然后实时传送给所述被测合成孔径雷达。

优选地，在测试过程中，所述被测合成孔径雷达实时接收飞行状态数据，利用所述飞行状态数据进行运动补偿。

优选地，所述飞行器为具有与弹载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的导弹；或者，具有与星载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的已发射在轨卫星；或者，具有与机载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的飞机；或者，专门的测试实验飞机。

优选地，所述被测合成孔径雷达工作于SAR成像模式。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的合成孔径雷达仿真测试方法具有以下有益效果：

(1)可以将SAR固定放在地面进行动态测试，将飞行器作为成像目标，模拟最终的目标飞行器的飞行特性，全面对SAR系统进行系统测试；

(2)降低被测SAR系统装载在飞行平台上试验的试验成本和试验风险；

(3)利用本方法，能够对星载SAR、弹载SAR等装载一次性飞行平台SAR系统，在进行实际工作前，实现接近于实际工作状态的、全面的SAR系统仿真测试。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1是根据本发明的实施方式的在飞行器上实时测量飞行器飞行状态的合成孔径雷达仿真测试方法的示意图；

图2是根据本发明的实施方式在地面上实时测量飞行器飞行状态的合成孔径雷达仿真测试方法的示意图；

图3是根据本发明的实施方式在飞行器上和地面上同时进行实时测量飞行器飞行状态的合成孔径雷达仿真测试方法的示意图；

图4是本发明的实施例的合成孔径雷达仿真测试方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、方法和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图4是本发明的实施例的合成孔径雷达仿真测试方法流程图。该方法包括：

步骤1：被测合成孔径雷达放置在地面；

步骤2：所述被测合成孔径雷达的波束指向空中；

步骤3：用一个飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；或采用装有特定雷达散射特性设备的飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；

步骤4：所述飞行器飞过所述被测合成孔径雷达的波束照射区域，所述被测合成孔径雷达发射雷达信号，接收所述飞行器或/和飞行器装载的特定雷达散射特性设备反射的雷达信号；

步骤5：所述被测合成孔径雷达接收反射的雷达信号，或由被测合成孔径雷达的信号处理机进行实时成像处理；或者，经被测合成孔径雷达转换成雷达回波数据，并由被测合成孔径雷达的数据记录器记录，或由专用的数据记录设备记录；以及

步骤6：对实时成像处理得到的雷达图像进行分析；或者，对记录的雷达回波数据进行处理和分析，得到被测合成孔径雷达的工作测试结果。

根据本发明的实施例，被测合成孔径雷达放置在地面，在进行测试期间，雷达波束指向空中，一个飞行器作为被测合成孔径雷达成像的目标，飞过雷达波束照射的区域，被测合成孔径雷达对飞行器进行成像。

与ISAR对空中目标成像不同，本发明的测试方法采用SAR成像机理进行成像，地面的被测合成孔径雷达工作于SAR成像模式；同时，作为成像目标的飞行器是合作目标，在测试过程中，通过测量获得其飞行状态，并实时发送到被测合成孔径雷达，这就可以得到被测合成孔径雷达与成像目标之间的相对运动关系，这种运动关系实际上是在模拟被测合成孔径雷达装载于目标飞行平台飞行，与地面成像目标之间的相对运动关系。

可以采用一个飞行器直接作为被测合成孔径雷达成像的目标，如对于弹载合成孔径雷达的测试，可以采用具有与弹载合成孔径雷达目标飞行平台(即装载弹载合成孔径雷达的导弹)飞行参数相同或相近的导弹，在这种导弹进行飞行时，将其作为成像目标，在这种导弹的特定飞行弹道段进行成像试验；再如，对于星载合成孔径雷达，可以采用具有与星载合成孔径雷达目标飞行平台(即装载星载合成孔径雷达的卫星)飞行参数相同或相近的已发射在轨卫星作为成像目标，在其过顶时，被测合成孔径雷达在地面对其成像；再如，对于机载合成孔径雷达，可以采用具有与机载合成孔径雷达目标飞行平台(即装载机载合成孔径雷达的飞机)飞行参数相同或相近的飞机，或采用专门的测试实验飞机作为成像目标，在飞机飞行时，被测合成孔径雷达在地面对其成像。

当采用专门的测试实验飞机作为成像目标时，可以在测试实验飞机上装有特定雷达散射特性设备，增加目标的后向散射系数。

在测试过程中，飞行器飞过被测合成孔径雷达的波束照射区域，当采用专门的测试实验飞机作为成像目标时，测试实验飞机的飞行状态可以预先设定。

测试过程的基本信号流程包括：被测合成孔径雷达发射雷达信号，接收飞行器或/和飞行器装载的特定雷达散射特性设备反射的雷达信号；被测合成孔径雷达接收飞行器或/和飞行器装载的特定雷达散射特性设备反射的雷达信号，可以由合成孔径雷达的信号处理机进行实时成像处理；也可以经合成孔径雷达转换成雷达回波数据，由合成孔径雷达的数据记录器记录，或由专用的数据记录设备记录；再对实时成像处理得到的雷达图像进行分析，或对记录的雷达回波数据进行处理、分析，得到被测合成孔径雷达的工作测试结果。

在获取雷达回波信号的同时，还要实时测量飞行器相对地面的飞行状态数据，这种飞行状态数据等同于使用被测合成孔径雷达进行飞行成像时，装载合成孔径雷达的飞行平台提供给被测合成孔径雷达飞行状态数据。

测量的飞行状态数据实时传送给被测合成孔径雷达后，一种用途是利用该数据进行运动补偿，例如，如果被测合成孔径雷达具有波束指向补偿功能，例如，径向速度补偿功能，则被测合成孔径雷达利用实时接收的飞行状态数据，控制雷达波束指向，模拟被测合成孔径雷达进行飞行成像时的利用飞行状态数据进行波束指向的运动补偿。

飞行状态数据的另一种用途是将飞行状态数据与被测合成孔径雷达实时成像处理得到的雷达图像同步记录，或与雷达回波数据同步记录，同步记录的飞行状态数据用于对雷达图像或雷达回波数据的处理和分析。

测量的飞行状态数据包括飞行器的三维位置、三维速度、三维加速度、三轴角度、三轴角速度、三轴角加速度等飞行器的飞行状态参数。

图1所示的是一种实时测量飞行器的飞行状态的方法，通过在飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，然后再实时传送给被测合成孔径雷达；

图2是根据本发明的实施方式在地面上实时测量飞行器飞行状态的合成孔径雷达仿真测试方法的示意图，是另外一种实时测量飞行器的飞行状态的方法，在地面观测飞行器得到飞行器的飞行状态数据，然后再实时传送给被测合成孔径雷达；

图3是根据本发明的实施方式在飞行器上和地面上同时进行实时测量飞行器飞行状态的合成孔径雷达仿真测试方法的示意图，是另外一种实时测量飞行器的飞行状态的方法，采用飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，再与地面观测飞行器得到飞行器的飞行状态数据进行组合，然后实时传送给被测合成孔径雷达。

应当注意，为了使本发明的实施方式更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实施方式的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。例如，上面的描述省略了对现有的合成孔径雷达的一般性描述。

提供本发明的说明书是为了说明和描述，而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是可以的。

以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，包括：

步骤1：被测合成孔径雷达放置在地面；

步骤2：所述被测合成孔径雷达的波束指向空中；

步骤3：用一个飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；或采用装有雷达散射特性设备的飞行器作为所述被测合成孔径雷达成像的目标；

步骤4：所述飞行器飞过所述被测合成孔径雷达的波束照射区域，所述被测合成孔径雷达发射雷达信号，当所述目标为所述飞行器时，接收所述飞行器反射的雷达信号；当所述目标为所述装有雷达散射特性设备的飞行器时，接收所述飞行器装载的雷达散射特性设备反射的雷达信号；

步骤5：所述被测合成孔径雷达接收反射的雷达信号，由被测合成孔径雷达的信号处理机进行实时成像处理；或者，

经被测合成孔径雷达转换成雷达回波数据，并由被测合成孔径雷达的数据记录器记录，或由专用的数据记录设备记录；以及

步骤6：对实时成像处理得到的雷达图像进行分析；或者，对记录的雷达回波数据进行处理和分析，得到被测合成孔径雷达的工作测试结果；

其中，飞行器是合作目标，与合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近，在测试过程中，通过测量获得其飞行状态，并实时发送到被测合成孔径雷达。

2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，其中预先设定的飞行状态包括所述飞行器的三维位置、三维速度、三维加速度、三轴角度、三轴角速度、三轴角加速度。

3.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，在测试过程中，实时测量所述飞行器的飞行状态，测量的所述飞行状态实时传送给所述被测合成孔径雷达，所述飞行状态与被测合成孔径雷达实时成像处理得到的雷达图像同步记录；或者，与所述雷达回波数据同步记录，同步记录的飞行状态用于所述步骤6的处理和分析。

4.根据权利要求3所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述在测试过程中，实时测量所述飞行器的飞行状态具体包括：

在所述飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，然后再实时传送给所述被测合成孔径雷达；或者，

在地面观测所述飞行器并得到飞行器的飞行状态，然后再实时传送给所述被测合成孔径雷达；或者，

在所述飞行器上进行飞行状态的实时测量，然后实时下传到地面，再与地面观测飞行器得到的飞行器的飞行状态进行组合，然后实时传送给所述被测合成孔径雷达。

5.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，在测试过程中，所述被测合成孔径雷达实时接收飞行状态数据，利用所述飞行状态数据进行运动补偿。

6.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述飞行器为具有与弹载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的导弹。

7.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述飞行器为具有与星载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的已发射在轨卫星。

8.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述飞行器为具有与机载合成孔径雷达目标飞行平台的飞行参数相同或相近的飞机。

9.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述飞行器为专门的测试实验飞机。

10.根据权利要求1所述的合成孔径雷达仿真测试方法，其特征在于，所述被测合成孔径雷达工作于SAR成像模式。