編隊多目標(biāo)運動特性分析

蘇軍海

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

編隊多目標(biāo)運動特性分析

蘇軍海

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

對點目標(biāo)、面目標(biāo)以及編隊多目標(biāo)的距離特性進行了分析，從而為編隊多目標(biāo)的成像處理提供了理論依據(jù)。

運動特性；多目標(biāo)；廣義二階keystone變換

引言

逆合成孔徑雷達(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)可以對目標(biāo)進行全天候、全天時和遠距離觀測，獲取目標(biāo)的高分辨圖像，從而可以對目標(biāo)進行識別[1]。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，雷達需要處理的常常是密集的多目標(biāo)(如飛機編隊突防、彈道導(dǎo)彈的多彈頭等)，多目標(biāo)具有更強的危險性和更廣的破壞力，因此有必要對多目標(biāo)的情況加以研究。

目前多目標(biāo)ISAR成像主要有多目標(biāo)分離成像和多目標(biāo)直接成像兩種思路[2]。前者[3-4]主要采用兩種方式，一種是對多目標(biāo)回波進行平動補償后進行粗成像，根據(jù)多目標(biāo)粗成像的結(jié)果對目標(biāo)進行分離；另一種是利用多目標(biāo)平動不同而導(dǎo)致其多普勒調(diào)頻率或者距離走動率不同，對多目標(biāo)的回波直接進行分離。后者[5]主要是采用各種基于時頻變換的距離-瞬時多普勒成像方法對多目標(biāo)進行成像。

針對編隊飛行目標(biāo)的成像問題，本文從目標(biāo)的距離公式出發(fā)，對點目標(biāo)、面目標(biāo)以及編隊目標(biāo)的運動特性進行了由淺入深的分析。從而為編隊多目標(biāo)的成像問題提供了可供借鑒的理論依據(jù)。

1 點目標(biāo)距離特性分析

為了更有效地研究多目標(biāo)成像，這里首先對單個點目標(biāo)的距離特性進行研究。圖1為散射點模型，不失一般性，假設(shè)(X0,Y0)處有一個散射點，且為成像的基準點，雷達與坐標(biāo)原點的距離為R0，散射點的速度大小為v，其方向與X軸的夾角為θ，假設(shè)在整個成像時間內(nèi)，雷達始終照射到散射點，則某時刻t雷達與目標(biāo)散射點的瞬時距離為：

圖1 散射點模型

由于成像時間一般較短，目標(biāo)的速度也不會很快，即|v t|＜＜R0，同時目標(biāo)的尺寸也不會很大，即|X0|＜＜R0,|Y0|＜＜R0，將上式在t=0附近作泰勒級數(shù)展開，省略t的三次項及以上的高次項，則式(1)可近似為：

下頁圖2給出了單個點目標(biāo)的近似距離與真實距離的差，從圖中可以看出，在2 s時間內(nèi)，近似距離與真實距離的差比較小，利用二階近似已經(jīng)足夠。R0越遠，誤差越小。

散射點的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率分別為：

2 面目標(biāo)距離特性分析

上面分析了單個點的運動特性，下面繼續(xù)對面目標(biāo)的運動特性進行分析。假設(shè)目標(biāo)的尺寸大小為ΔXXΔY，則由式(3)可以計算出不同點的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率。表1、表2給出了不同尺寸不同點的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率。

圖2 不同參考距離的距離近似誤差(v=400m/s)

表1 最遠點的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率（目標(biāo)尺寸50 m×50 m）

表2 最遠點的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率（目標(biāo)尺寸100 m×100 m）

從表中可以看出，同一個目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率變化不是很大，這就為同時補償距離彎曲提供了條件。

3 多目標(biāo)距離特性分析

進一步對多目標(biāo)的運動特性進行分析。表3、表4、表5對不同間距的3個目標(biāo)的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率進行了分析。

從表中可以看出，不同目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率變化也不是很大，這就為同時補償距離彎曲提供了條件。對于目標(biāo)的包絡(luò)彎曲可以采用廣義二階keystone變換[6]對其進行校正。另外對于多普勒頻率也可以利用多普勒中心對所有的目標(biāo)進行統(tǒng)一補償。當(dāng)然也可以利用經(jīng)典的Keystone變換方法等對剩余的目標(biāo)速度進行補償。最后對于方位成像可以采用各種瞬時成像方法進行。

表3 不同目標(biāo)的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率（X方向間距100 m）

表4 不同目標(biāo)的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率（Y方向間距100m）

表5 不同目標(biāo)的多普勒頻率和多普勒調(diào)頻率（X&Y方向均間距100 m）

4 結(jié)語

多目標(biāo)回波具有其特殊性，本文從編隊目標(biāo)的運動特性的視角入手，由淺入深，對點目標(biāo)、面目標(biāo)和編隊多目標(biāo)的運動特性進行了深入分析，對編隊目標(biāo)成像處理的特殊性進行了闡述。最后給出了可以采取的成像方法，具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]Chen C C,Andrews H C.Target-motion-induced Radar Imaging [J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,1980, 16(1):2-14.

[2]李亞楠,付耀文,黎湘.多目標(biāo)ISAR成像研究綜述[J].信號處理,2009,25(7):1 092-1 096.

[3]王洋,陳建文,劉中,等.多運動目標(biāo)ISAR成像方法研究[J].宇航學(xué)報,2005,26(4):450-454;475.

[4]陳文馳,邢孟道.基于Keystone變換的多目標(biāo)ISAR成像算法[J].現(xiàn)代雷達,2005,27(3):40-42；46.

[5]陳文馳.一種適用于編隊目標(biāo)的ISAR成像處理實現(xiàn)方法[J].電子學(xué)報,2006,34(6):1 119-1 122.

[6]蘇軍海,邢孟道,保錚.寬帶機動目標(biāo)檢測[J].電子與信息學(xué)報, 2009,31(6):1 283-1 287.

（編輯：賈娟）

Analysis of Motion Characteristic for Multi-Target in Formation

Su Junhai
(China Electronics Technology Group Corporation No.20 Research Institute, Xi’an Shaanxi710068)

Aanalysis ofmotion characteristic of point target,plane target and multi-target in formation are proposed,so the imaging processingmethod formulti-target in formation can be given in a pointof theory basis.

motion characteristic;multi-target;general second-order keystone transform

TN957.51

A

2095-0748(2016)20-0056-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.24

2016-09-20

蘇軍海（1980—），男，高級工程師，博士研究生，研究方向：逆合成孔徑雷達成像以及運動目標(biāo)檢測。