【最新成果】一种基于微波光子超高分辨雷达机翼振动参数估计方法

传统微波雷达受限于电子技术，在大宽带高速毫米波信号的产生、控制和采样等方面遇到很多问题。微波光子雷达将光子技术与传统微波技术结合，具有大带宽，低传输损耗和抗电磁干扰等特性，突破了传统微波雷达的瓶颈，Nature 评价其为“照亮雷达未来”的关键技术。虽然微波光子雷达的大带宽和短波长大幅地提升了雷达分辨率，但是这也使得雷达信号对目标的运动非常敏感，甚至微小的运动误差都会造成雷达图像的散焦。

图1 微波光子雷达外场试验

图2 飞机运动和机翼振动模型

飞机在飞行过程中的机翼振动会引入的微小振动误差，造成成像结果的散焦，这会降低后续基于雷达图像的应用效果，如目标尺寸估计，目标分类和识别等。

针对该问题，西安电子科技大学邢孟道教授团队利用10GHz带宽微波光子雷达样机外场试验率先开展了机翼振动参数估计和成像方法的研究，（外场试验照片如图1所示，飞机运动和机翼振动模型如图2所示）取得了实测民航飞机机翼的振动参数，如振动频率，振动角，飞机相对于雷达的方位角和俯仰角等参数的估计，并利用这些参数对机翼进行重新聚焦成像，提升了图像的质量，成像结果和估计参数为后续目标的分类和识别提供了重要的判定依据。

该工作已经发表在《雷达学报》2019年第2期“微波光子雷达专刊”专题“一种基于微波光子超高分辨雷达机翼振动参数估计方法”（符吉祥，邢孟道，徐丹，王安乐）。

图3 提取和平滑处理的距离和多普勒曲线

图4 利用估计参数重新聚焦前后的机翼成像结果

该文首先通过粗成像将机身和机翼回波进行分离，再通过对机身成像和定标结果估计雷达视线角。然后对机翼进行子孔径序列成像，提取散射点的距离和多普勒变化曲线，再联合雷达视线角以及距离和多普勒曲线对振动参数进行粗估计，最后通过修正的极坐标格式算法（MPFA）以及构造最小熵优化函数对振动参数进行精估计。

该文首次提出了修正的极坐标格式算法，其能够对复杂运动的目标进行距离和方位向的解耦，如震动的机翼和摇摆的舰船等。提取和平滑处理的距离和多普勒曲线如图3所示，可以发现，曲线表现为周期震荡的性质，这表明机翼存在振动。估计的振动参数如表1所示，利用估计参数重新聚焦前后的机翼成像结果如图4所示，通过圆圈标记的散射点的聚焦结果对比可以发现重聚焦后图像的聚焦性能有所提升，验证了本文方法的有效性。

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