专利名称：一种多功能线型阵列三维合成孔径雷达系统构建方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了雷达天线技术和雷达成像技术领域。
技术背景雷达成像技术是20世纪50年代发展起来的，它是雷达发展史上的一个重要里程 碑。自此，雷达的功能不再只是将所观测的对象视为"点"目标来测定它的位置和运动参数， 而且还能通过高的分辨单元来获得目标和场景的图像。同时由于雷达本身具有全天候、全 天时、远距离和宽广观测带等特点，从而使得雷达成像技术获得广泛的重视与研究。
目前，国内外已经对雷达成像技术进行了多方面较深入的研究，且已经有一系列 的成果应用到实际工程当中。然而大多数的雷达体制都只适于某种特定的工作场景、实现 某一特定的功能，而在实际工程中往往要求雷达在相当复杂的工作环境中使用，单一雷达 类型或单一雷达体制常常不能满足要求，必须采用两种或两种以上的雷达类型才能进行有
效的侦测活动。因此，一种具有多功能、高性能的成像雷达系统成为当前研究的热点。
根据本发明人了解以及已发表的文献，例如Jung-Hyo Kim， A. 0ssowska， W. Wiesbeck" Investigation of MIMO SAR for Interferometry，，Radar Conference, 2007. EuRAD 2007.European。J. Klare"Digital Beamforming for a 3D MIMO SAR_Improvements through Frequency and Waveform Diversity ，， Geoscience and RemoteSensing Symposium, 2008. IGARSS 2008. IEEE International 。目前已经有人将MM0阵列天线技术 应用在干涉合成孔径雷达(InSAR)及线阵三维成像合成孔径雷达等方面，但大都功能单一 不能充分地利用系统的资源，且由于布阵模型的不合理会带来较大的误差，对成像质量造 成较大的影响。
发明内容
本发明主要针对国外"双端发射"模型所出现的机翼两端抖动较剧烈会带来较大 误差，同时还有两端馈线较长、重心偏远等不适于布密阵等问题，发明了一种多功能线型阵 列三维SAR系统的构建方法，按照本发明构建的线型阵列三维SAR系统减小了由于运动平 台机翼抖动分布不均衡(主要指机翼两端抖动较剧烈)所带来的线型阵列三维SAR系统的 误差，实现具有多工作模式且性能较高的雷达成像系统。
为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义
定义1、脉冲重复频率(PRF)和脉冲重复周期(PRT) 脉冲重复频率是发射机每秒种产生的触发脉冲数目，以PRF表示。两个相邻脉冲 之间的时间间隔，称为脉冲重复周期(又称为慢时间)，用PRT表示，它等于脉冲重复频率的 倒数。 定义2、二维合成孔径雷达(2-D SAR) 二维合成孔径雷达是利用脉冲压縮技术获得高距离分辨率，利用平台的相对运动 获得高方位分辨率的雷达系统，其主要系统指标为工作信号波长A 、角分辨率P e及脉冲重复频率PRF等。详见文献"雷达成像技术"，保铮，邢孟道，王彤编著，电子工业出版社出版。 定义3、干涉合成孔径雷达(InSAR) 干涉合成孔径雷达是利用多个接收天线观测得到的回波数据进行干涉处理以获得观测区域的高程信息，结合合成孔径雷达本身已获得的距离向和方位向信息实现三维成像的雷达系统。详见文献"雷达成像技术"，保铮，邢孟道，王彤编著，电子工业出版社出版。
定义4、单基线干涉合成孔径雷达和多基线干涉合成孔径雷达 干涉合成孔径雷达接收天线之间的连线称为基线，只有一个基线的情况称为单基
线干涉合成孔径雷达，有两个或更多基线的情况称为多基线干涉合成孔径雷达。 定义5、下视线阵三维成像合成孔径雷达 下视线阵三维成像合成孔径雷达(Linear Array 3DSAR)是将线型阵列天线固定
于运动平台上，结合运动平台的运动以合成二维平面阵列，并对其正下方目标区域进行三
维成像的合成孔径雷达系统。 定义6、多入多出(MIM0)阵列雷达天线 多入多出(MIM0)阵列技术是利用多个雷达发射天线和多个雷达接收天线合成等效阵列雷达天线的技术，详细内容可参考Fishier， E. Haimovich， A. Blum， R. Cimini，R.Chizhik， D. Valenzuela， R. "Performance of MIM0 radar systems -advantages ofangular diversity", Signals,Systems and Computers,2004。
定义7、主天线阵和辅天线阵 天线阵是指具有发射或接收雷达电磁波功能的小天线按照一定的排列方式安装在固定装置上所形成的小天线阵列，按其重要性可分为主天线阵和辅天线阵两部分。详见文献"雷达成像技术"，保铮，邢孟道，王彤编著，电子工业出版社出版。
定义8、相位中心近似(PCA)原理 相位中心近似原理认为在远场条件下(即LTK2/4r 口 "其中LTK为接收阵元和发射阵元之间的间距，r为发射阵元和接收阵元的中间位置到散射点的距离，A为信号波长)，一对发射和接收分置的天线阵元，可由位于它们中心位置的一个收发共用的等效相位中心来代替。详细内容可参考BellettiniA, Pinto MA， "Theoretical Accuracyof Synthetic Aperture Sonar Micronavigation Using aDisplaced Phase CenterAntenna，，. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2002 ;Vol. 27， No. 4， pp. 780-789。
定义9、虚拟阵元和虚拟线阵 根据相位中心近似原理，在远场条件下，一对发射和接收分置的天线阵元可由位于它们中心位置的一个收发共用的等效相位中心来代替，这个收发共用的等效相位中心即为虚拟阵元；所有虚拟阵元按照一定的位置关系在一条直线上的排列即为虚拟线阵o 详细内容可参考Ilys Bekkerm肌 arid Joseph Tabriki肌 "TargetDetectionand Localization Using MIM0 Radars and Sonars".IEEE Transactins onsignalprocessing,2006，54(10) :3873 3883。
定义10、波束形成 波束形成是指利用天线阵列的矢量加权技术，使发射(接收)波束指向某一空间方向的技术。详见文献"自适应滤波"第二版，龚耀寰编著，电子工业出版社。
n表示,
定义11、线型MM0阵列天线的尺寸利用率(n)
线型MMO阵列天线的尺寸利用率等于虚拟线阵的长度与实阵列的长度之比，用
定义12、多路选通器
多路选通器是指能够按照指令连接接收(发射)系统和特定接收(发射)雷 达天线阵元的装置，其功能是实现有选择性地接通回路，是电子技术中常用的器件。例 如用CMOS电路或TTL电路实现的多路自动转换电路即为本发明所使用的多路选通器的 实例之一。详见文献"多路自动转换电路应用初探"石家庄经济学院学报(Journal of Shijiazhuang University of Economics)，1997年03期。
定义13、合成孔径雷达发射机 合成孔径雷达发射机是指目前合成孔径雷达采用的向观 系统，主要包括信号发生器、混频器、放大器等模块。
定义14、合成孔径雷达接收机 合成孔径雷达接收机是指目前合成孔径雷达采用的接收) 要包括混频器、放大器、模/数转换器、存储设备等。 本发明提供的一种多功能线型阵列三维合成孔径雷达(SAR)系统的构建方法，它 包括以下步骤 步骤1 :线型MM0阵列天线参数计算 线型MIM0阵列天线的支撑结构为一线型天线安装板，以线型MIM0阵列天线支撑 结构的中心位置处为原点，以右手方向为方向轴正方向，以d为基本阵元间隔建立一维直 线坐标系，其中(1=A为线型阵列三维SAR系统的载波波长。在天线安装板上共布
l区域发射电磁信号的
l区域回波的系统，主
设M个主天线阵元和N个辅天线阵元，其中M可由公式M
尸w
a/7澄。
获得，其中符号
表示上取整运算，PRF^是系统的脉冲重复频率，PRF^是虚拟阵元的等效脉冲重复频率，其 中系统的脉冲重复频率PRFall及虚拟阵元的等效脉冲重复频率PRFrff为系统给定的参数指 -(勿-2)(、/"1)-2M/7 + 2一 M/7
t示；N可由
获得，其中符号"[ ] 表示就近取偶
偶
运算，1^为线型MM0阵列天线等效成的虚拟线阵的长度，n为线型MM0阵列天线的尺寸
利用率，、可由公式；=^获得，其中p e为系统角分辨率，取n =0.7。需要说明的是
入和p e为二维合成孔径雷达系统的指标。 主天线阵(主阵)以原点为界分为左右两个子主阵。其中位于两个子主阵之间的
-(3iV_2)M77-2層+ 2.
辅天线阵元
a数为N" ^可由公式^ =
获得，其中n =0.7，其
M(2;; —1) 」偶
余的辅天线阵元个数为N2， N2可由公式N2 = N-^获得。
步骤2 :线型MM0阵列天线主天线阵布设 在步骤1建立的一维直线坐标系中，利用步骤1计算得到的主天线阵元个数M和辅天线阵元个数N，将主天线阵的第1个阵元布在-
+ M —1
"处，记作X工；将第
2个主天线阵元布在-
......
<formula>formula see original document page 11</formula>
d处，记作X2 ; 将第i个主天线阵元布在-
<formula>formula see original document page 11</formula>
"处，记作Xi，其中i为小于
M/2的自然数;
...... 将第M/2个主天线阵元布在-
将第M/2+1个主天线阵元布在
<formula>formula see original document page 11</formula>d处，记作X /2。
d处，记作;将第M/2+2个主天
线阵元布在
…
<formula>formula see original document page 11</formula>
d处，记作xM/2+2 ; 将第M/2+k个主天线阵元布在
<formula>formula see original document page 11</formula>d处，记作X^+k，其中k为小
于M/2的自然数；
...... 将第M个主天线阵元布在
<formula>formula see original document page 11</formula>d处，记作xM。 通过上述操作即完成对线型MMO阵列天线主天线阵的布设，主天线阵列各阵元
的位置坐标记为X二 {Xl，x2，…，xj。 步骤3 :线型MMO阵列天线辅天线阵布设 在步骤1建立的一维直线坐标系中，利用步骤1计算得到的主天线阵元个数M、 辅天线阵元个数N及位于两个子主阵之间的辅阵元个数N"将辅天线阵的第1个阵元布在
<formula>formula see original document page 11</formula>
c/处，记作yi ;将第2个辅天线阵元布在-
<formula>formula see original document page 11</formula> 将第i个辅天线阵元布在-<formula>formula see original document page 11</formula>
^处，记作yi，其中i为小
于N/2的自然数；
...... 将第N/2个辅天线阵元布在-
<formula>formula see original document page 11</formula>"处，记作y^。
将第N/2+1个辅天线阵元布在
<formula>formula see original document page 12</formula>
^处，记作yN/2+1 ;将第N/2+2个辅
<formula>formula see original document page 12</formula>
天线阵元布在
...... 将第N/2+k个辅天线阵元布在
为小于N/2的自然数;
......
<formula>formula see original document page 12</formula>
"处，记作y参k，其中k<formula>formula see original document page 12</formula>辅天线阵元布在
<formula>formula see original document page 12</formula> 通过上述操作即完成对线型MMO阵列天线辅天线阵的布设，辅天线阵列各阵元的位置坐标记为Y二 {yi，y2，…，y^。
步骤4:主体系统构建 多功能线型阵列三维SAR系统的主体系统包括线型MMO阵列天线(由步骤2构建的线型MM0阵列天线主天线阵X和步骤3构建的线型MMO阵列天线辅天线阵Y共同构成)，两台发射机发射机A和发射机B ;N+2台接收机，两个T/R转换开关，两个多路选通
器多路选通器I和多路选通器II ;及运动平台构成。其中多路选通器I有两个输入端，M
个输出端，一个控制端，如图(3-a)所示；多路选通器II有N+2个输入端，N+2个输出端，一个控制端，如图(3-b)所示；运动平台是雷达系统的载荷平台，如飞行器、卫星等。主体系统
具体安装方法如下 将线型MIMO阵列天线沿平行于地面且垂直于运动平台运动轨迹的方向与运动平台固定在一起，如图5所示。 将多路选通器I的两个输入端分别与发射机A和发射机B相连，输出端的M个端口中有M-2个端口通过M-2条馈线依次与线型MMO阵列天线主天线阵元中除第M/2和第M/2+l个主天线阵元外的M-2个主天线阵元相连，其余的2个输出端口通过2条馈线分别与两个T/R转换开关的端口 5a相连；多路选通器II的N+2个输入端口中有N个端口通过N条馈线依次与线型MIMO阵列天线的N个辅天线阵元相连，其余的2个输入端口通过2条馈线分别与两个T/R转换开关的端口 5b相连，输出端的N+2个端口依次与N+2个接收机相连；两个T/R转换开关的端口 6通过2条馈线分别与MIMO阵列天线的第M/2和第M/2+l个主天线阵元相连。从而共同构成一个完整的发射与接收系统。 通过上述操作即完成了多功能线型阵线三维SAR系统的主体系统构建，如图4所示。
步骤5 :系统的工作模式设计 多功能线型阵列三维SAR系统按照双侧二维合成孔径雷达(2-D SAR)模式或双侧单基线干涉合成孔径雷达(InSAR)模式或双侧多基线干涉合成孔径雷达(Multi-baselineInSAR)模式或下视线阵三维成像合成孔径雷达(Linear Array3DSAR)模式工作。上述各种工作模式的实现方法如下 1、双侧二维合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现
步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相连的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+1主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第N+l个接收机经多路选通器II选择与第M/2个主天线阵元相连的通路，该接收机在距离发射机A发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波，其中延时t可由公
式r = 2^^—2()。获得，其中IU为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中IU可由
公式^min = ~^~近似获得，如图6所示，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光
2M + T +400
速，接收时段1可由公式7;=-^-获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，AR
为系统工作在二维合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到
观测场景最远点的距离的差值，实际中AR可由公式Ai^~~^---:_^近似获得 步骤⑤第N+2个接收机经多路选通器II选择与第M/2+l个主天线阵元相连的通路，该接收机在距离发射机B发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波。 在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并存储接收机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 2、双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MMO阵列天线的第M/2和第M/2+l个
主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+l主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第N/2与第N/2-k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2与第N/2-k个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机A发射信号延时t时刻起接
收Tr秒回波，其中k为小于N/2的自然数，k可由公式A-
获得，其中kh为系统单基
2/— 2f)f)
线干涉合成孔径雷达要求的基线长度，其中延时t可由公式^ = _^获得，其中R^
为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中Rmin可由公式^^^^"^"近似获得，
C0《
如图6所示，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速，接收时段Tr可由公式^-2M + ^+4G0获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，AR为系统工作在双侧单基
线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最射机A发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波，其中ki为自然数，ki可由公式A,;
远点的距离的差值，实际中AR可由公式M-~^---T^"近似获得； 步骤⑤第N/2+1与(N/2+1) +k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2+1与 第(N/2+1)+1^个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机8发射信号延时t时 刻起接收Tr秒回波。 在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并存储接收机接收到的回波数 据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 3、双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现
步骤①首先要由系统给定基线的个数n，例如n = 3。控制多路选通器I分别选 择与线型MM0阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进 入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景 发射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+1主 天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第N/2、 N/2-、、 N/2_k2、、 N/2_kn个接收机经多路选通器II分别选择 与第N/2、N/2-、、N/2-^、…、N/2-、个辅天线阵元相连的通路，这n+l个接收机在距离发
丄
得，i = 1，2，…，n，其中li为系统给定的多基线干涉合成孔径雷达要求的基线长度。其 中延时t可由公式r- 2i m'^—2()。获得，其中R^为平台中心位置到观测场景最近点的距
离，实际中R^可由公式^nin = T^"近似获得，如图6所示，其中H为平台中心位置到地
2M + T +400
面的垂直高度，c为光速，接收时段i;可由公式7; =-^-获得，其中Tp为发射信
号脉冲包络的时宽，AR为系统工作在双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中 心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中AR可由公式
M=+—^"近似获得；
max nun 步骤⑤第N/2+l、 (N/2+l)+、、 (N/2+l)+k2、…、(N/2+1)+kn个接收机经多路选通 器II分别选择与第N/2+l、 (N/2+l)+、、 (N/2+l)+k2、…、(N/2+l)+kn个辅天线阵元相连的 通路，这n+l个接收机在距离发射机B发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波。
在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并存储接收机接收到的回波数 据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 4、下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器II，将第1，2，…，N个接收机经多路选通器II后依次
与第1，2，…，N个辅天线阵元相连。设每次发射机发射信号后到相应的接收机开始接收
信号的时间延时为t，延时t可由公式rw-~~^~~获得，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速；设每次单个接收机在一个脉冲重复周期内从开始接收回波到结
束接收回波的时间段为t3D，时间段t3D可由公式7^ = 2^+^+4()()获得，其中tn为发射信
号脉冲包络的时宽，AR为系统工作在下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式时，天线支撑 结构中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，AR可由公式
M = e。S(^/2)—H获得，其中A 9为下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式的观测角范 围，A e的值由系统参数指标给定。以M个脉冲重复周期为一个虚拟线阵合成周期，进入 第一个虚拟线阵合成周期。
步骤②一个虚拟线阵合成周期包含M个脉冲重复周期。 在第1个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线 的第1个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第1个主天线阵元向 正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第1个主天线阵元发射信号 延时131)时刻起同时接收131)秒回波。 在第2个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线 的第2个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第2个主天线阵元向 正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第2个主天线阵元发射信号 延时131)时刻起同时接收131)秒回波。
...... 在第M个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线 的第M个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第M个主天线阵元向 正下方观测场景发射雷达信号；第1，2，…，N个接收机在距离第M个主天线阵元发射信号 延时131)时刻起同时接收131)秒回波。 步骤③经过一个虚拟线阵合成周期后便可得到MXN个回波信号，亦即可以近
似等效出一个由MXN个虚拟阵元组成的虚拟线阵，其中冗余的虚拟阵元个数为，。从
第M+l个脉冲重复周期起进入下一个虚拟线阵合成周期，以M个脉冲重复周期为间隔循环 地重复步骤②，并存储接收机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 需要说明的是本发明中的基本阵元间距d可为大于0小于2 A的任意实数；主天 线阵元也可为利用波束形成技术用多个小发射阵元等效成的虚拟发射阵元；当& < N/2时 线型MM0阵列天线的尺寸利用率n可为大于0. 67小于0. 75的任意实数，当^ = N/2时 线型MM0阵列天线的尺寸利用率n可为大于0. 75小于1的任意实数，此时两个子主阵中 相距最远的两个主天线阵元的间距由L[l-2(l-n)]决定，其中L为实天线阵的总长度。
本发明的实质是主要针对国外"双端发射"模型所出现的机翼两端抖动较剧烈会 带来较大误差，同时还有两端馈线较长、重心偏远等不适于布密阵等问题，在PCA原理的基 础上提出一种较为灵活的线阵模型，即"疏_密_疏_密_疏"型线阵模型；并在该模型的 基础上构建了一种多功能线型阵列三维SAR系统，克服"双端发射"带来的较大误差和两端 馈线较长、重心偏远等不适于布密阵等问题；通过适当的模式选择可实现双侧二维合成孔径雷达、双侧单基线/多基线干涉合成孔径雷达及下视线阵三维成像合成孔径雷达四种工 作模式。 本发明的创新点是基于多入多出(MIM0)阵列天线技术的基础上，构建了一种较 合理的天线布阵模型，即"疏_密_疏_密_疏"型线阵模型，并在该模型的基础上创新性 地提出了一种新型的多功能线型阵列三维SAR系统的构建方法，并且综合了 2-D SAR、干涉 SAR、多基线干涉SAR及下视线阵三维成像SAR四种不同的工作模式，根据需要可以在四种 模式间自由切换。通过控制开关的切换来实现具有多工作模式且性能较高的雷达成像系 统。 本发明的优点在于采用了"疏_密_疏_密_疏"型线阵模型后，减小了由于机翼 抖动分布不均衡(主要指机翼两端抖动较剧烈)所带来的误差，同时充分利用了系统资源， 综合了多种SAR工作模式，节约了成本且提高了系统的综合性能。
图1线型MM0阵列天线结构示意图。 其中，1表示主天线阵元，2表示辅天线阵元，3表示天线支撑结构，4表示支撑结构 中心位置，L表示实线阵的总长度。
图2T/R转换开关示意图。 其中，5a表示射频信号输入端口 ， 5b表示射频信号输出端口 ， 6表示天线射频输出 端口。 图3多路选通器示意图。 其中，图(3-a)表示多路选通器I，有两个输入端，M个输出端和一个控制端；图 (3-b)表示多路选通器II，有N+2个输入端，N+2个输出端和一个控制端。
图4发射与接收系统示意图。 其中，7A表示"发射机A"，7B表示"发射机B"，8-l、8-2、8-3、…8-(N+2)分别表示 第1、2、3、…(N+2)个接收机，9表示"多路选通器I"，10表示"多路选通器II"，11表示馈 线，12表示T/R转换开关，13表示主天线阵元，14表示辅天线阵元，15表示天线支撑结构， 16表示数据流。 图5运动平台示意图。 其中，o表示平台中心位置垂直投影到地面的点，以o为原点建立三维直角坐标 系，则x表示切航迹的方向，y表示沿航迹的方向，z表示竖直向上的高度向方向，17表示线 型MMO阵列天线，18表示平台运动轨迹，19表示地面。
图6系统平台与观测场景的位置关系示意图。 其中，o表示平台中心位置垂直投影到地面的点，H表示平台中心位置到地面的垂 直高度，、in表示雷达波束的最小观测角，9_表示雷达波束的最大观测角，AR表示平台 中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，20表示平台中心位 置，21表示波束范围，22表示地面。
图7双侧二维合成孔径雷达模式示意图。 其中，H表示主天线阵元，⑩表示辅天线阵元，23-M/2表示第M/2个主天线阵元， 23-M/2+1表示第M/2+l个主天线阵元。
图8双侧单基线干涉合成孔径雷达模式示意图 其中，(i表示主天线阵元，⑩表示辅天线阵元，24-M/2表示第M/2个主天线阵元，
24- M/2+1表示第M/2+l个主天线阵元。 图9双侧多基线干涉合成孔径雷达模式示意图 其中，H表示主天线阵元，働表示辅天线阵元，25-M/2表示第M/2个主天线阵元，
25- M/2+1表示第M/2+l个主天线阵元。 图10下视线阵三维成像合成孔径雷达模式示意图 其中，|1表示主天线阵元，@表示辅天线阵元，26-1表示第1个主天线阵元，26-2 表示第2个主天线阵元，26-M表示第M个主天线阵元。
图11不同模式间单侧情况下的对比框图
图12本发明的流程框图
具体实施例方式
首先给出系统的参数指标运动平台为无人机，翼展31 (m)，工作时运动平台中心 位置到地面的垂直高度为H = 10000 (m)，发射信号为线性调频(LFM)信号，系统的载波波长 为A = 0. 02 (m)，发射信号脉冲包络的时宽Tp = 5 (m)。实天线阵的总长度为L = 30 (m)，
天线的尺寸利用率为n 二0.7，切航迹向的角分辨率P^:^a4.7619xl(r4 (弧度)。给
2丄"
定单基线干涉合成孔径雷达工作模式的基线长度为lsb = 5(m)，多基线干涉合成孔径雷达 工作模式的基线个数为n = 3，各基线的长度为L = 2(m) ， 12 = 3 (m) ， 13 = 5(m)。系统的 脉冲重复频率及雷达波束的观测角针对不同的工作模式有不同的设置(l)双侧二维合成 孔径雷达、双基线侧单干涉合成孔径雷达及双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式的脉冲 重复频率为PRF = 2000 (Hz)，雷达波束的最小观测角9 min = 30° ，雷达波束的最大观测角 e max = 60° ; (2)下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式的系统脉冲重复频率为PRFall = 10000 (Hz)，虚拟阵元的等效脉冲重复频率PRFeff = 200(Hz)，雷达波束的最大观测角范围 为A 9 = 40° 。 步骤1 :线型MMO阵列天线参数计算 线型MMO阵列天线的支撑结构为一线型天线安装板，以该支撑结构的中 心位置处为原点，以右手方向为方向轴正方向，以d = O.Ol(m)为基本阵元间隔
建立一维直线坐标系。在天线安装板上共布设^ =，。
尸肌
=50个主天线阵元和
(勿-2)(、/"1)-2物+ 2 M/7
=46个辅天线阵元，其中丄=J_=2Um)其中位
于两个子主阵之间的辅阵元个数为M =
-2)Mt7-2層+ 2.
偶
=8个。
M(2;7-1) 步骤2 :线型MMO阵列天线主天线阵布设 将主天线阵的第1个阵元布在-5.99(m)处，记作Xl ;将第2个主天线阵元布在-5. 97(m)处，记作又2 ;
......将第i个主天线阵元布在-[550-(2i-l)]X0.01(m)处，记作Xi，其中i为小于25
的自然数；
...... 将第25个主天线阵元布在_5. 51 (m)处，记作x25 ; 将第26个主天线阵元布在5. 51 (m)处，记作x26 ;将第27个主天线阵元布在 5. 53 (m)处，记作x27 ;
...... 将第25+k个主天线阵元布在[550+(2k-l)]X0.01(m)处，记作x25+k，其中k为小 于25的自然数；
...... 将第50个主天线阵元布在5. 99 (m)处，记作x5。。 通过上述操作即完成对线型MMO阵列天线主天线阵的布设，主天线阵列的阵元 较为密集且距离机身较近，其位置坐标记为X={Xl，x2，， x5(l} = {—5. 99，-5. 97，， _5. 51， 5. 51， 5. 53，…，5. 59}
步骤3 :线型MMO阵列天线辅天线阵布设 将辅天线阵的第l个阵元布在-15.00(m)处，记作yi ;将第2个辅天线阵元布 在-14. 50 (m)处，记作72 ;
......将第i个辅天线阵元布在_[1500-(i-l)M] XO. 01 (m)处，记作yi，其中i为小于23
的自然数； ...... 将第23个辅天线阵元布在_4. 00 (m)处，记作y23。 将第24个辅天线阵元布在4. 00 (m)处，记作y24 ;将第25个辅天线阵元布在 4. 50 (m)处，记作y25 ; ...... 将第23+k个辅天线阵元布在[400+50(k-l)]X0. Ol(m)处，记作y23+k，其中k为小
于23的自然数； ......将第46个辅天线阵元布在15. 00 (m)处，记作y5。。 通过上述操作即完成对线型MMO阵列天线辅天线阵的布设，辅天线阵的阵元较 为稀疏，其位置坐标记为 Y={yi，y2，…，y46} = {-15. 00，-14. 50，…，_4. 00，4. 00，4. 50...， 15. 00}
步骤4:主体系统构建 首先准备好以下部分线型MMO阵列天线(由步骤二构建的线型MIMO阵列天线 主天线阵X和步骤三构建的线型MMO阵列天线辅天线阵Y共同构成)，两台发射机，M+2台 接收机，两个T/R转换开关，两个多路选通器(多路选通器I和多路选通器II)，且由无人机 作为运动平台。其中多路选通器I有两个输入端，50个输出端， 一个控制端，多路选通器II有48个输入端，48个输出端， 一个控制端。 具体安装将线型MM0阵列天线沿平行于地面且垂直于运动轨迹的方向与运动 平台固定在一起，即将MIM0阵列天线安装在无人机的机翼上。 将多路选通器I的两个输入端分别与发射机A和发射机B相连，输出端的50个端 口中有48个端口通过48条馈线依次与线型MM0阵列天线主天线阵元中除第25和第26 个主天线阵元外的48个主天线阵元相连，其余的2个输出端口通过2条馈线分别与两个T/ R转换开关的端口 5a相连；多路选通器II的48个输入端口中有46个端口通过46条馈线 依次与线型MM0阵列天线的46个辅天线阵元相连，其余的2个输入端口通过2条馈线分 别与两个T/R转换开关的端口 5b相连，输出端的48个端口依次与48个接收机相连；两个 T/R转换开关的端口 6通过2条馈线分别与MM0阵列天线的第25和第26个主天线阵元相 连。从而共同构成一个完整的发射与接收系统。 通过上述操作即完成了多功能线型阵线三维SAR系统的主体系统构建。
步骤5 :系统多工作模式的实现 多功能线型阵列三维SAR系统可以实现双侧二维合成孔径雷达、双侧单基线干涉 合成孔径雷达、双侧多基线干涉合成孔径雷达以及下视线阵三维成像合成孔径雷达四种工 作模式。通过模式切换操作可以控制系统转换到相应的工作模式。
1 、双侧二维合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第25和第26个主天 线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第25个主天线阵元向左侧观测场景发 射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第26主天 线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第47个接收机经多路选通器II选择与第25个主天线阵元相连的通 路，该接收机在距离发射机A发射信号延时t = 7.6313X10—5(秒)时刻起接收i;= 5. 770X 10—5(秒)回波； 步骤⑤第48个接收机经多路选通器II选择与第26个主天线阵元相连的通 路，该接收机在距离发射机B发射信号延时t = 7.6313X10—5(秒)时刻起接收i;= 5. 770X 10—5(秒)秒回波。 在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并由相应的存储设备存储接收
机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 2、双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第25和第26个主天
线阵元相连的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第25个主天线阵元向左侧观测场景发 射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第26个主 天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第23与第13个接收机经多路选通器II分别选择与第23与第13个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机A发射信号延时t = 7.6313X10—5(秒) 时刻起接收Tr = 5. 770X 10—5(秒)回波； 步骤⑤第24与34个接收机经多路选通器II分别选择与第24与第34个辅天线 阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机B发射信号延时t = 7.6313X10—5(秒)时 刻起接收Tr = 5. 770X 10—5(秒)回波。 在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并由相应的存储设备存储接收
机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 3、双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第25和第26个主天
线阵元相连的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期； 步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第25个主天线阵元向左侧观测场景发 射雷达信号； 步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第26主天 线阵元向右侧观测场景发射雷达信号； 步骤 :第23、19、17、13个接收机经多路选通器II分别选择与第23、19、 17、13个辅天线阵元相连的通路，这4个接收机在距离发射机A发射信号延时t = 7. 6313X 10—5(秒)时刻起接收Tr = 5. 770X 10—5(秒)回波； 步骤⑤第24、28、30、34个接收机经多路选通器II分别选择与第24、28、 30、34个辅天线阵元相连的通路，这4个接收机在距离发射机B发射信号延时t = 7. 6313X10—5(秒)时刻起接收Tr = 5. 770X 10—5(秒)回波。 在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并由相应的存储设备存储接收
机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理，直到观测结束为止。 4、下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式采用下面步骤实现 步骤①控制多路选通器II，将第1，2，…，46个接收机经多路选通器II后依次
与第1，2，…，46个辅天线阵元相连。设每次发射机发射信号后到相应的接收机开始接收
信号的时间延时为t 3D = 6. 60X 10—5(秒)，设每次单个接收机在一个脉冲重复周期内从开
始接收回波到结束接收回波的时间段为T3D = 5. 63X 10—6(秒)，以50个脉冲重复周期为一
个虚拟线阵合成周期，进入第一个虚拟线阵合成周期。 步骤②一个虚拟线阵合成周期包含50个脉冲重复周期。 在第1个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MMO阵列天线 的第1个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第1个主天线阵元向 正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，46个接收机在距离第1个主天线阵元发射信号 延时t 3D = 6. 60X 10—5(秒)时刻起同时接收T3D = 5. 63X 10—6(秒)秒回波。
在第2个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MMO阵列天线 的第2个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第2个主天线阵元向 正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，46个接收机在距离第2个主天线阵元发射信号 延时t 3D = 6. 60X 10—5(秒)时刻起同时接收T3D = 5. 63X 10—6(秒)秒回波。
...... 在第50个脉冲重复周期(慢时间)，控制多路选通器I选择与线型MMO阵列天线的第50个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第50个主天线阵元 向正下方观测场景发射雷达信号；第1，2，…，46个接收机在距离第50个主天线阵元发射 信号延时t 3D = 6. 60X 10—5(秒)时刻起同时接收T3D = 5. 63X 10—6(秒)回波。
步骤③经过一个虚拟线阵合成周期后便可得到MXN = 2300个回波信号，亦即 可以近似等效出一个由2300个虚拟阵元组成的虚拟线阵，其中冗余200个虚拟阵元。从第 51个脉冲重复周期起进入下一个虚拟线阵合成周期，以50个脉冲重复周期为间隔循环地 重复步骤②，并由相应的存储设备存储接收机接收到的回波数据，以便进行后期成像处理， 直到观测结束为止。 通过本发明具体实施方式
可以看出，本发明所提出的基于"疏_密_疏_密_疏" 型线阵模型构建的多功能线型阵列三维SAR系统，较密集的主天线阵元离机身较近，从而 减少由于机翼两端拉动较剧烈带来的误差，并且使馈线总长度下降，重心向机身靠近有利 于整体系统的稳定。天线的利用率n "0.7也较为合理，同时又充分利用了系统的资源， 综合了四种SAR工作模式，节约了成本且提高了系统的综合性能。
权利要求
一种多功能线型阵列三维SAR系统的构建方法，其特征是它包括以下步骤步骤1线型MIMO阵列天线参数计算线型MIMO阵列天线的支撑结构为一线型天线安装板，以线型MIMO阵列天线支撑结构的中心位置处为原点，以右手方向为方向轴正方向，以d为基本阵元间隔建立一维直线坐标系，其中d＝λ/2，λ为线型阵列三维SAR系统的载波波长；在天线安装板上共布设M个主天线阵元和N个辅天线阵元，其中M可由公式获得，其中符号表示上取整运算，PRFall是系统的脉冲重复频率，PRFeff是虚拟阵元的等效脉冲重复频率，其中系统的脉冲重复频率PRFall及虚拟阵元的等效脉冲重复频率PRFeff为系统给定的参数指标；N可由公式获得，其中符号“[·]偶”表示就近取偶运算，Leq为线型MIMO阵列天线等效成的虚拟线阵的长度，η为线型MIMO阵列天线的尺寸利用率，Leq可由公式获得，其中ρθ为系统角分辨率，取η＝0.7；其中，λ和ρθ为二维合成孔径雷达系统的指标；主天线阵(主阵)以原点为界分为左右两个子主阵；其中位于两个子主阵之间的辅天线阵元个数为N1，N1可由公式获得，其中η＝0.7，其余的辅天线阵元个数为N2，N2可由公式N2＝N-N1获得；步骤2线型MIMO阵列天线主天线阵布设在步骤1建立的一维直线坐标系中，利用步骤1计算得到的主天线阵元个数M和辅天线阵元个数N，将主天线阵的第1个阵元布在处，记作x1；将第2个主天线阵元布在处，记作x2；……将第i个主天线阵元布在处，记作xi，其中i为小于M/2的自然数；……将第M/2个主天线阵元布在处，记作xM/2；将第M/2+1个主天线阵元布在处，记作xM/2+1；将第M/2+2个主天线阵元布在处，记作xM/2+2；……将第M/2+k个主天线阵元布在处，记作xM/2+k，其中k为小于M/2的自然数；……将第M个主天线阵元布在处，记作xM；通过上述操作即完成对线型MIMO阵列天线主天线阵的布设，主天线阵列各阵元的位置坐标记为X＝{x1，x2，…，xM}；步骤3线型MIMO阵列天线辅天线阵布设在步骤1建立的一维直线坐标系中，利用步骤1计算得到的主天线阵元个数M、辅天线阵元个数N及位于两个子主阵之间的辅阵元个数N1，将辅天线阵的第1个阵元布在处，记作y1；将第2个辅天线阵元布在处，记作y2；……将第i个辅天线阵元布在处，记作yi，其中i为小于N/2的自然数；……将第N/2个辅天线阵元布在处，记作yN/2；将第N/2+1个辅天线阵元布在处，记作yN/2+1；将第N/2+2个辅天线阵元布在处，记作yN/2+2；……将第N/2+k个辅天线阵元布在处，记作yN/2+k，其中k为小于N/2的自然数；……将第N个辅天线阵元布在处，记作yN；通过上述操作即完成对线型MIMO阵列天线辅天线阵的布设，辅天线阵列各阵元的位置坐标记为Y＝{y1，y2，…，yN}；步骤4主体系统构建多功能线型阵列三维SAR系统的主体系统包括线型MIMO阵列天线，两台发射机发射机A和发射机B；N+2台接收机，两个T/R转换开关，两个多路选通器多路选通器I和多路选通器II；及运动平台；其中线型MIMO阵列天线是由步骤2构建的线型MIMO阵列天线主天线阵X和步骤3构建的线型MIMO阵列天线辅天线阵Y共同构成，多路选通器I有两个输入端，M个输出端，一个控制端；多路选通器II有N+2个输入端，N+2个输出端，一个控制端；运动平台是雷达系统的载荷平台，如飞行器、卫星等；主体系统具体安装方法如下将线型MIMO阵列天线沿平行于地面且垂直于运动平台运动轨迹的方向与运动平台固定在一起；将多路选通器I的两个输入端分别与发射机A和发射机B相连，输出端的M个端口中有M-2个端口通过M-2条馈线依次与线型MIMO阵列天线主天线阵元中除第M/2和第M/2+1个主天线阵元外的M-2个主天线阵元相连，其余的2个输出端口通过2条馈线分别与两个T/R转换开关的端口5a相连；多路选通器II的N+2个输入端口中有N个端口通过N条馈线依次与线型MIMO阵列天线的N个辅天线阵元相连，其余的2个输入端口通过2条馈线分别与两个T/R转换开关的端口5b相连，输出端的N+2个端口依次与N+2个接收机相连；两个T/R转换开关的端口6通过2条馈线分别与MIMO阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相连；从而共同构成一个完整的发射与接收系统；通过上述操作即完成了多功能线型阵线三维SAR系统的主体系统构建步骤5系统的工作模式设计多功能线型阵列三维SAR系统按照双侧二维合成孔径雷达(2-D SAR)模式或双侧单基线干涉合成孔径雷达(InSAR)模式或双侧多基线干涉合成孔径雷达(Multi-baseline InSAR)模式或下视线阵三维成像合成孔径雷达(Linear Array 3DSAR)模式工作。上述各种工作模式的实现方法如下1、双侧二维合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MIMO阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相连的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期；步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号；步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+1主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号；步骤④第N+1个接收机经多路选通器II选择与第M/2个主天线阵元相连的通路，该接收机在距离发射机A发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波，其中延时τ可由公式获得，其中Rmin为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中Rmin可由公式近似获得，如图6所示，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速，接收时段Tr可由公式获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，ΔR为系统工作在二维合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中ΔR可由公式近似获得；步骤⑤第N+2个接收机经多路选通器II选择与第M/2+1个主天线阵元相连的通路，该接收机在距离发射机B发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波；在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤②～⑤，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止。2、双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MIMO阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期；步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号；步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+1主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号；步骤④第N/2与第N/2-k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2与第N/2-k个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机A发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波，其中k为小于N/2的自然数，k可由公式获得，其中lsb为系统单基线干涉合成孔径雷达要求的基线长度，其中延时τ可由公式获得，其中Rmin为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中Rmin可由公式近似获得，如图6所示，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速，接收时段Tr可由公式获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，ΔR为系统工作在双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中ΔR可由公式近似获得；步骤⑤第N/2+1与(N/2+1)+k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2+1与第(N/2+1)+k个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机B发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波；在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤②～⑤，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止，。3、双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现步骤①首先要由系统给定基线的个数n，n为正整数；控制多路选通器I分别选择与线型MIMO阵列天线的第M/2和第M/2+1个主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期；步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号；步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+1主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号；步骤④第N/2、N/2-k1、N/2-k2、…、N/2-kn个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2、N/2-k1、N/2-k2、…、N/2-kn个辅天线阵元相连的通路，这n+1个接收机在距离发射机A发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波，其中ki为自然数，ki可由公式获得，i＝1，2，…，n，其中li为系统给定的多基线干涉合成孔径雷达要求的基线长度；其中延时τ可山公式获得，其中Rmin为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中Rmin可由公式近似获得，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速，接收时段Tr可由公式获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，ΔR为系统工作在双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中ΔR可由公式近似获得；步骤⑤第N/2+1、(N/2+1)+k1、(N/2+1)+k2、…、(N/2+1)+kn个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2+1、(N/2+1)+k1、(N/2+1)+k2、…、(N/2+1)+kn个辅天线阵元相连的通路，这n+1个接收机在距离发射机B发射信号延时τ时刻起接收Tr秒回波；在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤②～⑤，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止4、下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式采用下面步骤实现步骤①控制多路选通器II，将第1，2，…，N个接收机经多路选通器II后依次与第1，2，…，N个辅天线阵元相连；设每次发射机发射信号后到相应的接收机开始接收信号的时间延时为τ3D，延时τ可由公式获得，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速；设每次单个接收机在一个脉冲重复周期内从开始接收回波到结束接收回波的时间段为T3D，时间段T3D可由公式获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，ΔR为系统工作在下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式时，天线支撑结构中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，ΔR可由公式获得，其中Δθ为下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式的观测角范围，Δθ的值由系统参数指标给定；以M个脉冲重复周期为一个虚拟线阵合成周期，进入第一个虚拟线阵合成周期；步骤②一个虚拟线阵合成周期包含M个脉冲重复周期；在第1个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第1个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第1个主天线阵元向正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第1个主天线阵元发射信号延时τ3D时刻起同时接收T3D秒回波；在第2个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第2个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第2个主天线阵元向正下方观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第2个主天线阵元发射信号延时τ3D时刻起同时接收τ3D秒回波；......在第M个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第M个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第M个主天线阵元向正下方观测场景发射雷达信号；第1，2，…，N个接收机在距离第M个主天线阵元发射信号延时τ3D时刻起同时接收τ3D秒回波；步骤③经过一个虚拟线阵合成周期后便可得到M×N个回波信号，亦即可以近似等效出一个由M×N个虚拟阵元组成的虚拟线阵，其中冗余的虚拟阵元个数为从第M+1个脉冲重复周期起进入下一个虚拟线阵合成周期，以M个脉冲重复周期为间隔循环地重复步骤②，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止。
2、双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现步骤①控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第M/2和第M/2+l个主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期；步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号；步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+l主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号；步骤 :第N/2与第N/2-k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2与第N/2-k个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机A发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波，其中k为小于N/2的自然数，k可由公式A;二获得，其中U为系统单基线干涉合成孔径雷达要求的基线长度，其中延时t可由公式^ = ^^~~获得，其中R^为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中IU可由公式^ni,^"近似获得，如图6所示，其2M + T +400中H为平台中心位置到地面的垂直高度，c为光速，接收时段Tr可由公式j;--^-获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，AR为系统工作在双侧单基线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中AR可由公式Ai^^~-^—近似获得；步骤⑤第N/2+l与(N/2+l)+k个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2+l与第(N/2+l)+k个辅天线阵元相连的通路，这两个接收机在距离发射机B发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波；在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止，。
3、双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式采用下面步骤实现步骤①首先要由系统给定基线的个数n， n为正整数；控制多路选通器I分别选择与线型MM0阵列天线的第M/2和第M/2+l个主天线阵元相关的通路，系统开始工作，进入第一个脉冲重复周期；步骤②发射机A经与多路选通器I相连的第M/2个主天线阵元向左侧观测场景发射雷达信号；步骤③延时半个脉冲重复周期后，发射机B经与多路选通器I相连的第M/2+l主天线阵元向右侧观测场景发射雷达信号；步骤 :第N/2、 N/2-lq、 N/2-k2、…、N/2-kn个接收机经多路选通器II分别选择与第N/2、 N/2-、、 N/2-k2、…、N/2-、个辅天线阵元相连的通路，这n+l个接收机在距离发射机 5A发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波，其中ki为自然数，ki可由公式A^获得，=1，2，…，n，其中li为系统给定的多基线干涉合成孔径雷达要求的基线长度；其中延时t可山公式7=^^~~获得，其中Rmin为平台中心位置到观测场景最近点的距离，实际中!U可由公式^ta =~|~近似获得，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光2M + r +400速，接收时段1;可由公式7; =-^-获得，其中Tp为发射信号脉冲包络的时宽，ar为系统工作在双侧多基线干涉合成孔径雷达工作模式时，平台中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，实际中AR可由公式M-~^---r^"近似获得；步骤⑤第N/2+l、 (N/2+l)+V (N/2+l)+k2、…、(N/2+l)+kn个接收机经多路选通器II 分别选择与第N/2+l、 (N/2+l)+、、 (N/2+l)+k2、…、(N/2+l)+kn个辅天线阵元相连的通路， 这n+l个接收机在距离发射机B发射信号延时t时刻起接收Tr秒回波；在以后的每个脉冲重复周期重复上述步骤② ⑤，并存储接收机接收到的回波数据， 直到观测结束为止
4、下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式采用下面步骤实现步骤①控制多路选通器II，将第1，2，…，N个接收机经多路选通器II后依次与第 1，2，…，N个辅天线阵元相连；设每次发射机发射信号后到相应的接收机开始接收信号的时间延时为t，延时t可由公式r^^^^获得，其中H为平台中心位置到地面的垂直高度，C为光速；设每次单个接收机在一个脉冲重复周期内从开始接收回波到结束接收回波的时间段为t3D，时间段t3D可由公式r3D = 2M+:p + 4QQ获得，其中tp为发射信号脉冲包络的时宽，AR为系统工作在下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式时，天线支撑 结构中心位置到观测场景最近点的距离与到观测场景最远点的距离的差值，AR可由公式^、os(A^/2)一H获得，其中A 9为下视线阵三维成像合成孔径雷工作模式的观测角范围，a e的值由系统参数指标给定；以m个脉冲重复周期为一个虚拟线阵合成周期，进入第 一个虚拟线阵合成周期；步骤②一个虚拟线阵合成周期包含M个脉冲重复周期；在第1个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第1 个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第1个主天线阵元向正下方 观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第l个主天线阵元发射信号延时t3d 时刻起同时接收T3D秒回波；在第2个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第2 个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第2个主天线阵元向正下方 观测场景发射雷达信号，第1，2，…，N个接收机在距离第2个主天线阵元发射信号延时t3d时刻起同时接收t^秒回波；在第M个脉冲重复周期即慢时间，控制多路选通器I选择与线型MIMO阵列天线的第M个主天线阵元相连的通路，发射机A经与多路选通器I相连的第M个主天线阵元向正下方观测场景发射雷达信号；第1，2，…，N个接收机在距离第M个主天线阵元发射信号延时t 3d时刻起同时接收t^秒回波；步骤③经过一个虚拟线阵合成周期后便可得到MXN个回波信号，亦即可以近似等效出一个由MXN个虚拟阵元组成的虚拟线阵，其中冗余的虚拟阵元个数为，;从第M+l个脉冲重复周期起进入下一个虚拟线阵合成周期，以M个脉冲重复周期为间隔循环地重复步骤②，并存储接收机接收到的回波数据，直到观测结束为止。
全文摘要
本发明公开了一种多功能线型阵列三维SAR系统的构建方法，针对“双端发射”模型所出现的机翼两端抖动较剧烈会带来较大误差，同时还有两端馈线较长、重心偏远等不适于布密阵等问题，在PCA原理的基础上构建“疏-密-疏-密-疏”型多功能线型阵列三维SAR系统，由于它较密集的主天线阵元离机身较近，从而减少由于机翼两端拉动较剧烈带来的误差，并且使馈线总长度下降，重心向机身靠近有利于整体系统的稳定。同时又充分利用了系统的资源，节约了成本且提高了系统的综合性能，实现具有多工作模式且性能较高的雷达成像系统。
文档编号G01S13/90GK101697010SQ20091021602
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者师君, 张晓玲, 曾涛, 解文成 申请人:电子科技大学;