机载下视3d sar稀疏阵列天线布局方法
【专利摘要】本发明提供了一种机载下视3D?SAR稀疏阵列天线布局方法。针对机载下视3D?SAR系统天线布局中存在平台安装空间有限以及设计方法复杂等问题，根据载机飞行高度、观测区域最大高度变化范围函数、雷达系统工作波长和阵列向分辨率进行天线布局设计，该方法操作简单，无需复杂计算，且能保证系统阵列向目标响应函数的栅瓣控制在合理水平。
【专利说明】机载下视3D SAR稀疏阵列天线布局方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机载下视3D SAR稀疏阵列天线布局方法。
【背景技术】
[0002]机载下视阵列3D SAR(Three-Dimensional Synthetic Aperture Radar,简称 3DSAR)通过对机底区域进行观测，在波传播方向借助于脉冲压缩实现分辨；在航迹向借助于载机平台运动实现孔径综合，进而实现航迹向分辨；在阵列向，通过沿载机机翼和机腹布置稀疏阵列天线实现孔径综合，进而实现阵列向分辨(参见非专利文献1、2)。
[0003]如果沿机翼和机腹均匀布置大量天线子阵，一方面对飞机气动性等会造成较大影响。另一方面，均匀布置大量阵元还会增加系统成本和系统复杂度。针对这些问题，本领域人员就如何进行阵列向天线子阵布局开展了大量研究工作，例如在非专利文献3、4、5中公开了如下方法。通过M个发射天线单元和N个接收天线单元虚拟MXN个等效相位中心，且相位中心中间的间距需要小于半波长。但上述方法需要以天线阵元为全向天线为前提，即能够覆盖阵列向能观测到的所有目标。
[0004]然而，在实际观测中，由于系统信噪比、分辨率等的限制，系统的阵列向观测范围总是限定在一定观测范围内，而不是阵列向±90°。
[0005]此外，上述天线子阵布局中，尚未考虑到实际天线阵列向尺寸大小、飞行平台上的天线安装空间和天线子阵间布局关系，会出现天线在航迹向前后交错布局的情形，特别是部分发射天线和接收天线等效天线重叠布局，这样一来不利于系统实现，也不利于天线在飞行平台上的灵活安装。
[0006]此外，在现有技术的天线布局中，阵元布局尚未考虑目标高程范围影响。进而，还需要保证系统阵列向响应函数的栅瓣控制在合理水平。
[0007]非专利文献:
[0008]非专利文献 1:J.Klare.A newairborne radar for3D imaging-simulation studyof ARTIN0.EUSAR Dresden, Germany,2006 ；W.M，E.J，E.A.Peters 0.An airborneradarfor three dimensional imaging and observationtechnical realisation and statusofARTIN0.EUSAR，Dresden, Germany,2006。
[0009]非专利文献2:L.Du, Y.P.Wang, W.Hong, et al.A Three-Dimensional rangemigration algorithm for downward-looking3D-SAR with single-transmitting andmultiple-receiving linear array antennas.EURASIP Journal on Advances in SignalProcessing,2010。
[0010]非专利文献3 ；J.Klare, D.Cerutt1-Maori, A.Brenner, J.Ender.1mage qualityanalysis of the vibrating sparse MIMO antenna array of the airborne3D imagingradar ARTIN0.2007。
[0011]非专利文献4:M.Weiss，0.Peters, J.Ender.A three-dimensional SAR systemon an UAV.IGARSS2007，Barcelona, Spain，2008:5315_5318。[0012]非专利文献5:彭学明，王彦平，谭维贤，等.基于跨航向稀疏阵列的机载下视MM03D-SAR三维成像算法.电子与信息学报，2012，34 (4):943_949。
【发明内容】
:
[0013](一)要解决的技术问题
[0014]针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种机载下视3D SAR稀疏阵列天线布局方法，解决了机载下视3D SAR成像中阵列向天线布局设计方法复杂以及天线布局空间受限等问题，特别是能够根据系统阵列向分辨率和观测范围进行阵列向天线布局设计，并且能够保证系统阵列向响应函数的栅瓣控制在合理水平。
[0015](二)技术方案
[0016]为了实现上述目的，本发明的机载下视3D SAR稀疏阵列天线布局方法，包括:
[0017]步骤SI，根据作为机载下视3D SAR系统参数的载机飞行高度、观测区域最大高度变化范围函数、雷达系统工作波长、方位向分辨率和阵列向分辨率，确定阵列天线方位向尺寸、阵列向天线布局长度和阵列天线单元半波束宽度；
[0018]步骤S2，基于所述阵列向天线布局长度和所述阵列天线单元半波束宽度，来确定发射天线单元阵列向尺寸、发射天线单元间距、和接收天线单元阵列向尺寸；
[0019]步骤S3，根据所述阵列向天线布局长度和所述发射天线单元间距，来计算发射天线单元数、接收天线单元数、接收天线单元间距、发射天线几何中心位置分布和接收天线单元几何中心位置分布；
[0020]步骤S4，根据所述载机飞行高度和所述阵列向天线单元的半波束宽度，建立阵列向采样点位置坐标，利用所述阵列向采样点位置坐标、所述载机飞行高度、和所述雷达系统工作波长，确定系统机下点目标的阵列向响应函数f{X(k)-X(J和观测区域最边缘目标的
阵列向响应函数
【权利要求】
1.一种机载下视3D SAR稀疏阵列天线布局方法，其特征在于，包括: 步骤SI，根据作为机载下视3D SAR系统参数的载机飞行高度、观测区域最大高度变化范围函数、雷达系统工作波长、方位向分辨率和阵列向分辨率，确定阵列天线方位向尺寸、阵列向天线布局长度和阵列天线单元半波束宽度； 步骤S2，基于所述阵列向天线布局长度和所述阵列天线单元半波束宽度，来确定发射天线单元阵列向尺寸、发射天线单元间距、和接收天线单元阵列向尺寸； 步骤S3，根据所述阵列向天线布局长度和所述发射天线单元间距，来计算发射天线单元数、接收天线单元数、接收天线单元间距、发射天线几何中心位置分布和接收天线单元几何中心位置分布； 步骤S4，根据所述载机飞行高度和所述阵列向天线单元的半波束宽度，建立阵列向采样点位置坐标，利用所述阵列向采样点位置坐标、所述载机飞行高度、和所述雷达系统工作波长，确定系统机下点目标的阵列向响应函数f {X (k) -x0}和观测区域最边缘目标的阵列向响应函数
2.根据权利要求1所述的机载下视3DSAR稀疏阵列天线布局方法，其特征在于， 在所述步骤SI中， 在将所述载机飞行高度设为H、将所述雷达系统工作波长设为I。、将所述阵列向分辨率设为rL、将所述的方位向分辨率设为rA，将所述阵列天线方位尺寸设为La，将所述阵列向天线布局长度设为L时，
3.根据权利要求1所述的机载下视3DSAR稀疏阵列天线布局万法，其特征在于， 在所述步骤S2中，在将所述雷达系统工作波长设为1。，将所述阵列天线单元半波束宽度设为qy将所述发射天线单元阵列向尺寸设为It，将所述发射天线单元间距设为DlTJf所述接收天线单元阵列向尺寸设为Ik时，
4.根据权利要求1所述的机载下视3DSAR稀疏阵列天线布局方法，其特征在于， 所述步骤S3中还包括:
5.根据权利要求4所述的机载下视3DSAR稀疏阵列天线布局方法，其特征在于， 利用所述接收天线单元几何中心位置分布Lkx(η)和所述发射天线几何中心位置分布Ltx (m)，生成阵列向天线布局有效孔径长度和虚拟等效相位中心，所述接收天线单元几何中心位置分布Lkx(η)和所述发射天线几何中心位置分布Ltx(m)两两之间依次循环进行天线相位中心等效，共获得MN个天线等效相位中心。
6.根据权利要求1所述的机载下视3DSAR稀疏阵列天线布局方法，其特征在于， 在所述步骤S4中，在将所述阵列向采样点位置坐标设为X(k)时，
【文档编号】H01Q1/28GK103762412SQ201310750198
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】谭维贤, 王彦平, 彭学明, 鲍慊, 洪文, 吴一戎 申请人:中国科学院电子学研究所