弹载双基前视SAR俯冲段弹道设计方法

导弹在打击复杂背景目标时,现有单基平台末制导手段难以实现对目标的有效分离。作为一种解决方案,将双基前视合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）应用于俯冲攻击段,即弹载双基前视SAR（missile borne bistatic forward looking SAR, MBFL-SAR）,可实现弹载雷达末端俯冲段全程二维高分辨成像、自主寻的精确制导。而在该构型下作为发射机的照射弹轨迹直接制约双基成像分辨率以及制导精度。首先分析了MBFL-SAR俯冲攻击段的分辨率特性,然后提出了基于线性衰减轨迹模型的弹道设计方法,该模型可有效满足成像分辨率要求,且利于双基构型下制导控制。最后,通过仿真结果验 证了设计方案的合理性。     

弹载双基前视SAR构型参数优化设计方法

弹载双基前视合成孔径雷达(missile-borne bistatic forward-looking synthetic aperture radar, MBFL-SAR)构型，可实现接收平台俯冲段全程二维高效高分辨成像。相比于机载、星载双基构型，弹载双基构型具有不易受攻击、轨迹设计灵活、合成孔径时间短等优势。但是由于导弹机动性较强，对成像时间要求较高，这使得传统的机载/星载双基构型设计方法不适用于弹载前视双基构型。本文首先在MBFL-SAR几何模型基础上，基于梯度方法分析该构型的分辨率计算方法；然后，结合二维分辨率的特点，分析构型参数对二维分辨率的影响规律，提出一种参数降维的构型设计方法，在提高构型参数设计效率的同时，能够有效缩短成像时间；最后，通过基于典型工作参数的仿真实验验证了该方法的有效性。     

调频连续波弹载SAR成像方法

调频连续波(frequency-modulated continuous-wave, FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有体积小、重量轻、峰值功率低等优点,因此FMCW-SAR在精确制导领域具有较大的应用潜力。针对俯冲下降阶段的弹载SAR成像,建立了FMCW-SAR回波信号模型;通过分析可知,与常规机载FMCW-SAR不同,弹载条件下雷达平台相对较高的运动速度给差频输出信号引入特有的剩余二次相位,影响距离向的聚焦;针对该问题,提出了一种子孔径成像处理方法,通过在二维频域构造相应的剩余二次相位补偿函数,较好地改善了距离向的聚焦质量和成像效果。成像处理不涉及插值,所有操作均由快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)和相位点乘构成,运算效率较高。最后的点目标成像仿真实验验证了该方法的有效性。     

终端和过载约束下的双圆弧制导律

为满足导弹打击目标的落角、时间与过载约束,设计了一种双圆弧轨迹和相应制导律。在初始速度方向角和终端落角的约束下,利用双圆弧的相切关系推导了双圆弧轨迹的解析形式及其可行解集。根据双圆弧轨迹结果由切点决定的特征,推导得出使轨迹满足过载约束、终端约束或能量最优的切点选择方法。之后利用圆弧几何特性和弹目相对运动关系,设计了不依赖弹目距离信息的双圆弧制导律。数值仿真结果表明,双圆弧制导律能够满足复杂约束,且与最优制导律相比,可获得能量最优性相当的结果。     

弹载双基前视SAR建模及运动/同步误差分析

弹载双基前视合成孔径雷达（missile-borne bistatic forward-looking synthetic aperture radar, MBFL-SAR）是一种将双基前视SAR成像体制应用于弹载平台的新型SAR成像模式,可实现弹载雷达末端俯冲阶段全程二维成像、自主寻的精确制导。结合MBFL SAR的运动特点,建立了高动态条件下的回波距离模型,并就多普勒频率和多普勒调频率等参数与常规低速双基平台模式进行了对比分析。在此基础上建立了高动态条件下存在运动误差情形的斜距历程、多普勒频率及多普勒调频率误差模型和同步误差模型,并基于误差对MBFL-SAR成像的影响给出了运动参量的约束条件和同步误差的精度要求。仿真结果验证了误差模型的正确性。     

基于角度关系的几何制导律研究

基于受保护飞行器、防御弹和攻击弹在空间形成的角度关系设计了一种几何制导律。首先,通过分析三者在空间形成的三角形几何关系,将受保护飞行器和防御弹作为一个协同体,以防御弹位于攻击弹和受保护飞行器的连线上为基本准则,给出二维几何制导律的表达式,并对所设计制导律的稳定性进行证明推导。其次,利用矢量运算将设计的二维制导律在三维空间进行了扩展,给出了三维空间中几何制导律的表达式。最后,仿真表明,设计的几何制导律能够有效保护飞行器安全,相对于比例导引,拦截时间短,制导精度髙,过载变化较为平稳,克服了比例导引末端过载发散的情况,降低了对执行机构的要求。     

基于双曲线性修正斜距模型的弹载SAR成像方法

在弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)下降段成像中,由于弹体存在较大的俯冲下降速度和加速度,回波信号的二维频谱表示式难以有效获得,给后续成像处理带来困难。针对该问题,提出了一种基于双曲线性修正斜距模型的弹载SAR成像方法,通过构造双曲函数形式的斜距表示式并引入线性修正因子,对弹载SAR斜距历程进行合理近似|并以修正后的斜距式为基础,利用驻相点原理(principle of stationary phase, POSP)直接求解SAR回波信号的二维频谱|随后根据该频谱表示式设计有效的弹载SAR频域成像算法。该方法下的频谱推导较为简洁,所获得频谱的数学表达式清晰直观,利于成像分析和后续处理。最后的点目标成像仿真验证了该方法的有效性。     

毫米波合成孔径辐射计末制导技术研究

针对弹上空间小且毫米波器件成本高,提出了把近程毫米波合成孔径辐射计被动成像技术应用于寻的末制导,并给出一种高性能制导系统。该系统采用二维最小冗余线性阵列天线,由7个接收阵元组成,可获得分辨率为6×6的像,大大节约了弹上资源和成本。同时引入了四阶累积量成像算法,不仅可以扩展孔径,而且使系统具有良好的抗噪能力。合成孔径辐射计可以即时成像,不需要扫描,满足制导的实时性要求。通过仿真表明,该系统在近距离时具有良好的探测性能。     

弹载SAR末制导段轨迹控制算法

针对机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)制导空地导弹的末制导过程,导弹的运动状态如何同时满足成像分辨率和脱靶量要求的问题,提出一种新的轨迹控制算法。通过分析SAR末制导过程,以及弹目空间几何与成像分辨率的关系,将成像分辨率要求转化为对导弹前置角的约束,将脱靶量要求转化为对导弹目标线角速度的约束。基于逆最优控制,建立含有待定系数的性能指标函数,并根据给定的系统动态性能指标确定该系数,从而得到具有时变权值系数的最优控制量,通过权值系数的调节作用以满足不同制导模式的指标要求。仿真实验证明了该算法的有效性。     

基于SDRE方法的制导律设计与仿真研究

研究基于SDRE的防空导弹的非线性制导律设计问题。首先建立了防空导弹二维制导律模型,选取了弹目相对距离和相对速率作为状态变量,用SDRE方法进行防空导弹二维制导律设计,分别用传统的Schur方法和θ-D方法以及改进的Newton方法对SDRE控制器进行了求解,对这三种算法进行了分析和比较。针对防空导弹的数值仿真显示基于SDRE方法的控制律对于二维制导律的有效性,而SDRE方法虽然比θ-D法的计算量大,但是其控制效果却又明显的优势,而改进的Newton法能比传统的Schur法提高计算的精度。     

SAR成像导引头的弹道设计与优化

弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)的方位成像能力受飞行弹道和观测视角的影响。为满足SAR成像导引头在限定时间内获得最佳方位分辨率,提出了一种基于遗传算法的弹道优化设计方法。首先建立了弹载SAR条件下导弹飞行的约束,然后以导弹指令加速度为优化变量,构造了与方位分辨率和波束驻留时间相关的目标函数,采用遗传算法进行寻优,设计得到了弹载SAR平台的优化弹道。仿真实验证明了该方法的有效性。     

弹载下降段大前斜聚束SAR成像时序设计

提出了一种基于场景点遍历的多普勒带宽计算方法,该方法能得到准确的脉冲重复频率 (pulse repetitionfrequency,PRF)下限值,解决了传统计算方法存在的发射脉冲数过多及PRF参数无法设计的问题,同时解决了雷达方位与俯仰波束宽度不一致时,PRF下限值较难准确计算的问题。构建了基于雷达系统参数和弹载高动态运动特征的PRF参数设计模型,在此基础上提出了通过减小等效斜视角和雷达平台速度的发射脉冲数最小的弹道优化方法。弹道仿真验证了本文方法能较好地满足工程应用中弹载下降段大前斜聚束SAR成像时序设计需要。     

基于DMD的动态红外场景仿真器设计与测试

红外场景仿真器是红外制导武器半实物仿真系统中的关键设备.以某型号对地导弹导引头半实物仿真系统为应用对象,以微反射镜阵列(DMD)为实现方式,采用Vega软件及其SensorVision模块为开发工具,开发完成了基于DMD的红外场景仿真器系统.对成像制导仿真系统结构、场景生成器、视景软件分别进行了研究和设计.并对场景产生器进行了测试评估,包括分辨力、对比度、不均匀性、几何失真和最小可分辨温度等指标.该仿真器系统目前已经在某型红外成像导引头半实物仿真测试系统中获得应用,逼真度高,取得了理想的应用效果.     

弹载平台聚束SAR成像脉冲重复频率设计

针对弹载平台高速、非水平非匀速直线运动和对目标区域大斜视角观测的特点,对影响脉冲重复频率（pulse repetition frequency,PRF）设计的模糊性限制、发射脉冲的遮掩、天底回波干扰等主要因素进行了详细分析,推导了平台非理想运动和视角状态下最大瞬时多普勒带宽和天底回波可忽略的速度俯仰角范围的简单表达式。提出了一种基于穷举法的聚束合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）成像导引头PRF设计方法,该方法在同时满足距离和方位上不模糊的情况下,发射最少个数的PRF实现对雷达波束覆盖区域无距离遮挡观测。通过仿真产生的聚束SAR成像导引头弹道,验证了分析的正确性和设计方法的有效性。     

现代战机的导引及其控制律仿真研究

借鉴导弹导引理论对现代战机的导引机理进行了探讨，推导出一种基于时间最优的飞机导引控制律。与导弹导引侧向加速度作控制指令的常规方法不同，该控制律直接采用航迹角作控制变量，即借助拦截末端的几何关系获得末端视线角，末端视线角与当前航迹角的误差作为控制量，实现导引控制。仿真表明：应用此导引律，导引时间最短，轨迹最平直，适用于载机导引控制。     

机动平台俯冲大斜视SAR脉冲重复频率设计

在机动平台俯冲段大斜视合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像中,传统脉冲重复频率(pulse repetition frequency, PRF)设计方法存在下限值过高导致数据录取量增加,且PRF值无法根据高度变化实时调整的缺陷。针对上述问题,首先构建机动平台俯冲大斜视SAR成像模型;然后提出一种新的基于等距离环的方位带宽计算方法,得到考虑运动及系统误差情况下的PRF下限值;最后提出分高度段动态选取PRF的新方法,根据平台位置动态调整较少次数的PRF值即可实现波束覆盖区内回波数据录取,解决了PRF值无法随高度变化实时调整的难题。