无人机载Ka频段调频连续波SAR成像和动目标检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于成像雷达技术领域，尤其涉及一种无人机载Ka频段调频连续波SAR成像和动目标检测系统。
【背景技术】
[0002]合成孔径雷达(SAR)是一种主动微波遥感设备，能够全天候全天时的对目标进行观测，获取高分辨率图像。合成孔径雷达动目标检测(SAR-GMTI)技术能够同时获取场景中的静态和动态信息，其作为现代化侦察手段受到广泛关注。
[0003]无人机(UAV)能够替代飞行员执行危险任务，可以减少人员伤亡，降低装备和使用成本。情报侦察和战场监视是目前UAV系统一个主要作战任务。UAV对作战环境要求低，能够潜入敌目标上空侵入式侦察，战场生存能力强，连续作战性能强。小型化是当前UAV的一个重要发展方向，各国都在竞相开发遥控式、半自主式或自主式的微小UAV0
[0004]小型UAV的有效载荷小，对SAR的体积、重量、功耗等提出了严格的要求。传统的低频段脉冲体制SAR体积大、设备复杂、成本高，且容易被敌方电子侦察系统截获，无法满足小型UAV的侦察和监视需求。
[0005]另外，现有的UAV FMCW(调频连续波)体制SAR系统主要工作在X频段，大多只有成像模式，不具备动目标检测能力，无法满足UAV作战时高分辨率精细成像和动目标检测的需求。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种无人机载Ka频段调频连续波SAR成像和动目标检测系统，能够实现小型化的要求。
[0007]本发明的无人机载Ka频段调频连续波SAR成像和动目标检测系统，其包括机上设备和地面的成像处理单元；所述Ka频段的频率为35.75GHz ;
[0008]机上设备包括:收发喇叭天线、稳定平台、射频模块和数字模块；其中，
[0009]收发喇叭天线包括:发射天线和接收天线，天线形式为角锥喇叭透镜天线，工作频段范围为:35.55GHz-35.75GHz，该收发喇叭天线安装在稳定平台上；
[0010]稳定平台包括:姿态传感器和控制单元，以及支撑所述姿态传感器和控制单元的平台本体，该稳定平台采用GNSS/INS作为姿态传感器，输出目标航向和姿态信息给控制单元和数字模块的采集与控制单元，控制单元根据目标航向和姿态信息调整平台本体以改变收发喇B八天线的波束指向；
[0011]射频模块包括:频率综合器、前置功率放大器和接收机；频率综合器产生要发射的Ka频段调频三角波信号，输出至前置功率放大器；前置功率放大器对Ka频段调频三角波信号进行功率放大后通过发射天线辐射出去；
[0012]进一步的，频率综合器中:晶振产生满足锁相介质振荡器TORO和锁相源输入要求的时钟信号，并输出至I3DRO和锁相源；roRO接收时钟信号，根据该时钟信号产生频率源，输出至混频器；锁相源接收时钟信号，根据该时钟信号产生带有DA的FPGA所需要的输入频率和采集与控制单元所需要的基准时钟CLK ;带有DA的FPGA根据所述输入频率产生系统的信号波形，并输入至混频器；混频器将频率源与信号波形进行混频，获得混频信号；倍频器对所述混频信号进行倍频获得Ka频段调频三角波信号输出至前置功率放大器；
[0013]前置功率放大器包括采用Ka频段的功率放大器和耦合器，功率放大器对Ka频段调频三角波信号进行功率放大后经发射天线辐射出去；同时将经功率放大后的Ka频段调频三角波信号通过耦合器耦合后输出至接收机的混频器；
[0014]接收机中:接收天线接收反射的回波信号，输出至接收机的低噪声放大器，低噪声放大器对回波信号进行功率放大输出至混频器；混频器对低噪声放大器后的回波信号与通过耦合器耦合后的Ka频段调频三角波信号进行混频，得到零中频信号，输出至放大器进行零中频放大，经滤波器滤波之后输出至数字模块的采集与控制单元；
[0015]数字模块包括:存储单元和采集与控制单元，采集与控制单元接收接收机的零中频信号，以及目标航向和姿态信息；其中，
[0016]采集与控制单元包括:A/D转换器和数字正交解调单元，A/D转换器以收到的基准时钟作为系统工作时钟对零中频信号进行模数转换，获得数字信号输出至数字正交解调单元进行正交解调，得到IQ信号，数字正交解调单元对目标航向和姿态信息以及IQ信号进行组帧，获得待处理信号，分两路，一路输出至存储单元存储，另一路经数据链实时输出至地面的成像处理单元进行成像和动目标检测处理；
[0017]地面的成像处理单元包括:调频连续波SAR实时成像单元、动目标检测单元和显示单元;
[0018]调频连续波SAR实时成像单元收到待处理信号，利用IQ信号采用改进的R-D成像算法进行实时成像，在实时成像中并利用目标航向和姿态信息对IQ信号进行运动补偿，获得SAR图像，所述SAR图像包括:上调频和下调频两幅SAR图像；
[0019]动目标检测单元，对获得的上调频和下调频两幅高分辨率SAR图像，进行对消处理获得SAR图像，若SAR图像中某一点幅度大于检测门限，则认为该点存在动目标，否则不存在动目标。
[0020]进一步的，所述频率综合器包括:100MHz晶振、一分三功分器、锁相时钟、TORO、锁相源、带有DA的FPGA、两个放大器、两个滤波器、混频器和倍频器；
[0021]10MHz晶振产生满足I3DRO和锁相源输入要求的时钟信号，并输出至一分三功分器将该时钟信号分三路输出，第一路输出至roRO，第二路输出至锁相源，第三路输出至锁相时钟产生基准时钟给采集与控制单元；roR0接收时钟信号，根据该时钟信号产生17.1GHz频率源，输出至混频器；锁相源接收时钟信号，根据该时钟信号产生带有DA的FPGA所需要的3GHz输入频率；带有DA的FPGA根据所述3GHz输入频率产生系统的775MHz信号波形并输出至放大器，经放大器放大后输入至混频器；混频器将17.1GHz频率源与775MHz信号波形进行混频，获得17.185GHz混频信号；经滤波器滤波和放大器放大后输出至倍频器，倍频器对所述17.185GHz混频信号进行2倍频并经滤波器滤波后获得35.75GHz调频三角波信号，并输出至前置功率放大器。
[0022]进一步的，所述接收机包括:限幅器、低噪声放大器、腔体滤波器、混频器、LC滤波器、放大器、电调衰减器、四个放大器和两个数控衰减器，所述低噪声放大器简称低噪声放大器；
[0023]接收天线接收反射的回波信号，依次进行限幅器限幅、低噪声放大器放大、腔体滤波器滤波后输出至混频器；混频器对滤波后的回波信号与通过耦合器耦合后的35.75GHz调频三角波信号进行混频，得到3-30MHZ零中频信号，输出至放大器进行零中频放大，然后经LC滤波器滤波之后输出至电调衰减器，电调衰减器根据外部控制指令对零中频信号进行衰减控制后输出至放大器放大，再进行两级数控衰减后输出零中频信号至数字模块的采集与控制单元，每一级数控衰减通过放大器和数控衰减器实现。
[0024]有益效果:
[0025]本系统利用毫米波Ka频段信号进行SAR成像处理，能够得到比其它低频段更精细的图像，目标棱角特征明显，更利于目标识别；Ka频段信号能够获得更高的相对带宽，因而比低频段信号能够得到更高的图像分辨率。
[0026]Ka频段波长更短，相同的波束宽度下，天线尺寸小于低频段天线；毫米波器件(放大器、滤波器、低噪放等)体积、重量、功耗也小于低频段器件；能够实现小型化系统。
[0027]本系统采用发射FMCW信号，信号持续时间长，占空比为1，不需要较高的发射峰值功率，利用固态放大器件就可以满足要求，减小了体积和重量；FMCW信号具有很大的时宽带宽积，发射功率电平比同样平均功率的脉冲雷达的峰值功率低，具有优良的低截获概率特性。
[0028]本系统频率综合器采用振荡器TORO产生频率源，与调频连续波信号混频再倍频到Ka频段的发射频率相比，可靠性高、相位噪声理想、复杂度低。
[0029]本系统利用三角FMCW信号的特性，只用单个接收通道实现动目标检测功能。减少设备量的同时避免了多个接收通道带来的一致性等问题。
[0030]本系统接收机采用差拍处理方式，回波信号与发射信号混频得到零中频信号，实现高分辨率的同时数据量减小了十分之一以上，对存