直升機載ROSAR低空環(huán)境感知方法研究.pdf

1、隨著直升機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問題引起人們的廣泛關(guān)注。針對低空環(huán)境感知中的感知能力受限于平臺載荷、回波信噪比低、傳統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)量大等問題，依次開展了步進頻雷達低空障礙物超分辨一維成像、頻率步進信號旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達(ROSAR)成像、基于壓縮感知的旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達成像的方法研究。
　　為了實現(xiàn)低空避險，提前感知危險信息，提高低空障礙物成像分辨率，提出了步進頻雷達低空障礙物超分辨一維成像。首先，對

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

3、OSAR難以滿足直升機平臺對載荷尺寸和重量的要求。發(fā)射中心載頻步進瞬時窄帶信號的ROSAR，能夠降低硬件復(fù)雜度，但帶來了信號處理有效積累的難題。針對此難題，提出了脈沖間距離走動校正的頻率步進ROSAR成像方法。首先，推導(dǎo)了頻率步進信號旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達的幾何模型；然后，提出了頻率步進雷達脈沖間距離走動及其頻域校正方法；接著，采用Omega-K算法實現(xiàn)觀測場景的高分辨成像；最后，對距離與方位分辨率性能影響進行詳細的分析。計算機仿真結(jié)果驗證

4、了該算法的有效性以及高分辨性能。
　　針對高分辨、高重頻旋轉(zhuǎn)式合成孔徑雷達奈奎斯特采樣數(shù)據(jù)量大與傳統(tǒng)算法運算復(fù)雜度高的問題，提出了基于壓縮感知的ROSAR成像方法。首先，在觀測場景滿足稀疏特性的前提下，方位向通過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現(xiàn)距離向脈沖壓縮；最后，在方位向則通過求解最小l1范數(shù)優(yōu)化問題恢復(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