一种星载多通道合成孔径雷达成像装置制造方法
【专利摘要】本发明是一种星载多通道合成孔径雷达成像装置，多路俯仰向接收天线组件等距离设置在雷达的俯仰向上；多路俯仰向接收天线组件接收到的回波经过俯仰向数字波束形成单元后形成一路回波信号，这一路信号所对应的多路俯仰向接收天线作为一列接收天线；多列方位向接收天线组件，设置在雷达的方位向上；多列方位向接收天线组件在经过各自的数字波束形成单元后，形成多路回波信号并进入方位向频谱重建单元进行方位向频谱重建；方位向频谱重建单元分别与多路俯仰向数字波束形成单元连接，对多路回波信号做方位向频谱重建，生成并输出合成孔径雷达回波信号；成像装置与方位向频谱重建单元连接，接收并将合成孔径雷达回波信号生成合成孔径雷达图像。
【专利说明】一种星载多通道合成孔径雷达成像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高性能星载多通道SAR系统的设计与实现，尤其设计俯仰向DBF与方位向多通道技术。
【背景技术】
[0002]高性能星载SAR系统的设计所面临的最重要的问题是:如何在实现方位向高分辨率的同时实现距离向宽测绘带。
[0003]目前，对于传统SAR系统来说，欲实现方位向高分辨率，在方位向上需要具有大的多普勒带宽，为了使得信号的采样符合奈奎斯特采样定律，系统的方位向采样率(即脉冲重复频率)必须足够高。而高的脉冲重复频率会缩短雷达系统的回波接收窗，从而降低测绘带宽，所以方位向高分辨率与距离向宽测绘带是一对矛盾。
[0004]综上所示，如何在实现方位向高分辨率的同时实现距离向宽测绘带是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，为了解决现有技术要实现宽测绘带，必须使得发射波束在俯仰向上足够的宽，但是这样会降低信号能量，使得系统性能降低的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种实现方位向高分辨率的同时实现距离向宽测绘带的星载多通道合成孔径雷达成像装置。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供的一种星载多通道合成孔径雷达成像装置，包括:多路俯仰向接收天线组件、多路方位向接收天线组件、多路俯仰向数字波束形成单元、多路方位向数字波束形成单元、方位向频谱重建单元和合成孔径雷达成像装置，其中:多路俯仰向接收天线组件，等距离设置在多通道合成孔径雷达系统的俯仰向上；每路俯仰向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成一路俯仰向回波数据；多路俯仰向接收天线组件接收到的回波经过俯仰向数字波束形成单元后形成一路回波信号，这一路信号所对应的多路俯仰向接收天线作为一列接收天线；多列方位向接收天线组件，设置在多通道合成孔径雷达系统的方位向上；每列方位向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成并输出一路方位向回波数据，其中，多列方位向接收天线组件在经过各自的数字波束形成单元后，形成多路回波信号，这多路回波信号进入方位向频谱重建单元进行方位向频谱重建；方位向频谱重建单元，其输入端分别与多路俯仰向数字波束形成单元的输出端连接，对数字波束形成单元输出的回波信号做方位向频谱重建，生成并输出合成孔径雷达回波信号；以及成像装置，其输入端与方位向频谱重建单元输出端连接，接收并将合成孔径雷达回波信号生成合成孔径雷达图像。
[0009](三)有益效果[0010]针对传统SAR系统测绘带宽与方位向分辨率不能同时提高的特点，本发明针对如果要实现宽测绘带，必须使得发射波束在俯仰向上足够的宽，但是这样会降低信号能量，使得系统性能降低的问题，提出在俯仰向上设置均匀排列的多个接收天线，通过数字波束形成技术，使得天线阵列生成一个可调整方向的高增益窄波束，在接收信号时，随着来波方向实时的调整波束角度，从而使得回波的能量最大化，提高系统成像性能；针对传统合成孔径雷达系统测绘带宽与方位向分辨率不能同时提高的特点，提出在飞行轨迹方向设置多列接收天线，通过方位向多通道接收使得在提高方位向分辨率的同时，不提高脉冲重复频率PRF，从而可以实现大的测绘带宽。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明星载多通道合成孔径雷达成像装置示意图；
[0012]图2为本发明方位向多通道示意图；
[0013]图3为本发明多通道重建理论示意图；
[0014]图4为本发明俯仰向多通道示意图；
[0015]图5为本发明俯仰向DBF处理流程示意图；
[0016]图6为本发明实施例一中SAR系统不意图；
[0017]图7为本发明实施例一中SAR系统的波位选择示意图；
[0018]图8为本发明实施例一中SAR系统的NESZ曲线图；
[0019]图9为本发明实施例一中SAR系统的RASR曲线图；
[0020]图10为本发明方位向频谱重构流程图；
[0021]图11为根据本发明实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明再作进一步详细的说明。
[0023]本发明高性能多通道SAR系统，请参照图1、图10和图11，包括以下部分:多路俯仰向接收天线组件、多路方位向接收天线组件、多路俯仰向数字波束形成单元、多路方位向数字波束形成单元、方位向频谱重建单元和合成孔径雷达成像装置，其中:多路俯仰向接收天线组件，等距离设置在多通道合成孔径雷达系统的俯仰向上；每路俯仰向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成一路俯仰向回波数据；多路俯仰向接收天线组件接收到的回波经过俯仰向数字波束形成单元后形成一路回波信号，这一路信号所对应的多路俯仰向接收天线作为一列接收天线；多列方位向接收天线组件，设置在多通道合成孔径雷达系统的方位向上；每列方位向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成并输出一路方位向回波数据，其中，多列方位向接收天线组件在经过各自的数字波束形成单元后，形成多路回波信号，这多路回波信号进入方位向频谱重建单元进行方位向频谱重建；方位向频谱重建单元，其输入端分别与多路俯仰向数字波束形成单元的输出端连接，对数字波束形成单元输出的回波信号做方位向频谱重建，生成并输出合成孔径雷达回波信号；以及成像装置，其输入端与方位向频谱重建单元输出端连接，接收并将合成孔径雷达回波信号生成合成孔径雷达图像。
[0024]其中，所述一路俯仰向接收天线组件含有一路俯仰向接收子天线，每一路俯仰向接收天线的方向图覆盖整个测绘带，从而接收测绘带内的回波。
[0025]其中，所述一列方位向接收天线组件含有一列方位向接收天线，每一列方位向接收子天线的方向图覆盖整个测绘带，从而接收测绘带内的回波。
[0026]其中，所述俯仰向接收天线组件接收雷达回波信号模型表示如下:
【权利要求】
1.一种星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，包括:多路俯仰向接收天线组件、多路方位向接收天线组件、多路俯仰向数字波束形成单元、多路方位向数字波束形成单元、方位向频谱重建单元和合成孔径雷达成像装置，其中: 多路俯仰向接收天线组件，等距离设置在多通道合成孔径雷达系统的俯仰向上；每路俯仰向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成一路俯仰向回波数据；多路俯仰向接收天线组件接收到的回波经过俯仰向数字波束形成单元后形成一路回波信号，这一路信号所对应的多路俯仰向接收天线作为一列接收天线； 多列方位向接收天线组件，设置在多通道合成孔径雷达系统的方位向上；每列方位向接收天线组件的接收端接收雷达回波，生成并输出一路方位向回波数据，其中，多列方位向接收天线组件在经过各自的数字波束形成单元后，形成多路回波信号，这多路回波信号进入方位向频谱重建单元进行方位向频谱重建； 方位向频谱重建单元，其输入端分别与多路俯仰向数字波束形成单元的输出端连接，对数字波束形成单元输出的回波信号做方位向频谱重建，生成并输出合成孔径雷达回波信号; 成像装置，其输入端与方位向频谱重建单元输出端连接，接收并将合成孔径雷达回波信号生成合成孔径雷达图像。
2.根据权利要求1所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，所述一路俯仰向接收天线组件含有一路俯仰向接收子天线，每一路俯仰向接收天线的方向图覆盖整个测绘带，从而接收测绘带内的回波。
3.根据权利要求1所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，所述一列方位向接收天线组件含有一列方位向接收天线，每一列方位向接收子天线的方向图覆盖整个测绘带，从而接收测绘带内的回波。
4.根据权利要求1所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，所述俯仰向接收天线组件接收到的雷达回波信号模型表示如下:
5.根据权利要求4所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，从回波信号模型中看出不同参考接收通道的回波会有相位差，从而不能相干累加，数字波束形成模块单元能将各个通道的相位差补偿掉从而使得各天线组件接收到的回波相干信号，最后在数字波束形成模块单元中累加到一起形成一路输出信号，生成输出信号的过程等效于形成一个高增益的笔形波束；通过实时的改变合成时各通道的实时加权值从而调整窄波束的指向使其跟踪接收地面的反射回波，实现高增益接收，提高雷达灵敏度。
6.根据权利要求5所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，各通道的实时加权值wk (t)如下表示为:
7.根据权利要求5所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，所述回波相干信号R (t)如下表示:
8.根据权利要求3所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，通过多列方位向接收天线组件方位向上的多通道采样，用于降低脉冲重复频率，但是对于每一方位向接收天线组件来说，方位向信号为欠采样，第η列接收通道接收到的方位向信号?!η(τ)如下式表示:
9.根据权利要求3所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，方位向频谱重建单元基于多通道数据重建理论，通过N个预滤波器对B带宽的方位向信号进行预滤波，得到预滤波之后的信号，对每个预滤波后的信号以Β/Ν的采样率进行采样，则通过重建滤波器从N个通道的采样信号中恢复出原始低通信号，所述重建滤波器从数据采样前的预滤波器的传递函数中得到。
10.根据权利要求9所述的星载多通道合成孔径雷达成像装置，其特征在于，利用多列方位向接收天线组件形成预滤波器，预滤波器组成的矩阵H(f)为表示为:
【文档编号】G01S13/90GK103744080SQ201410022806
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】王伟, 邓云凯, 王宇, 张志敏, 禹卫东, 赵凤军, 徐伟, 郭磊, 侯丽丽 申请人:中国科学院电子学研究所