一种基于星载相控阵天线的全极化SAR系统射频网络的制作方法

本发明属于sar系统，尤其是涉及一种基于星载相控阵天线的全极化sar系统射频网络。

背景技术：

1、相比光学卫星，合成孔径雷达（sar）卫星具有全天时全天候的成像探测能力，非常适合长时间云雨雾等气候的对地观测。因此，星载sar系统在灾害监测、环境监测、海洋监测、资源勘查、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势，可发挥其他遥感手段难以发挥的作用，因此越来越受到世界各国的重视。

2、星载sar系统天线主要有反射面天线以及相控阵天线，其中反射面天线一般采用的是集中发射式大功率馈电体制，射频网络相对简单。相控阵天线，由多个辐射阵元组成，具备两个维度的电扫能力，使用上更加灵活，可不依赖卫星平台实现多点成像，并且可支持更多种成像模式。由于相控阵天线采用分布式阵元设计，因此相控阵天线的射频网络会比较复杂。

3、全极化sar系统，具备vv、vh、hh、hv成像能力，极化信息更多，可以产生更多的数据应用。相比传统单极化sar系统，全极化sar系统接收通道增多，因此系统射频网络会更复杂。

4、随着星载sar系统的不断发展，更多的成像模式，更多的极化信息将会是星载sar系统的发展趋势，因此，星载sar系统射频网络会越来越复杂化。

5、传统星载sar系统射频网络主要包括射频收发网络、射频定标网络、内定标模块组成。射频收发网络以及射频定标网络均由几级功分器、射频线缆组成，射频线缆多以半钢线缆为主，对于星载sar系统相控阵天线，每一套网络射频线缆数量在几百根量级，甚至更多。内定标模块，用来实现射频信号的路径切换以及电平转换，从而实现sar系统的各种工作任务，例如，成像任务、内定标任务（发射定标任务、接收定标任务、参考定标任务）。

6、成像任务期间，射频信号通过射频收发网络最终被接收机采样，内定标任务期间，定标信号通过定标网络以及定标模块最终被接收机采样。传统星载sar系统射频网络框图如图1所示。不同任务期间，信号流向如下所示：

7、成像任务期间，发射信号流向1-2-3，回波信号流向3-2-9。

8、发射定标任务期间，定标信号流向1-2-4-5-7-8。

9、接收定标任务期间，定标信号流向10-6-5-4-2-9。

10、参考定标任务期间，定标信号流向10-6-7-8。

11、对于星载全极化相控阵体制sar系统，若采用传统的星载sar系统射频网络设计，除了由于全极化带来的发射支路以及接收支路的增加外，射频收发网络、射频定标网络以及定标模块的通道数量需翻倍处理，射频收发网络2套，射频定标网络2套，共计4套网络，对于本来就空间紧张的星载sar天线来说会带来很多问题，例如，系统重量的增加，系统可靠性的降低，系统测试的难度增加,天线内部布局、布线难以实施等等，这些都将严重制约商业星载sar系统的发展。因此，如何在满足更多应用场景的前提下，使星载sar系统的射频网络更加的简单、可靠显得尤为重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于星载相控阵天线的全极化sar系统射频网络，以解决基于星载相控阵天线的全极化sar系统的射频网络过于复杂的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于星载相控阵天线的全极化sar系统射频网络，包括信号处理射频网络一和信号处理射频网络二，所述信号处理射频网络二包括相控阵天线以及分布其内的射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二和若干tr组件，所述，射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二均与信号处理射频网络一双向通信，射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二的每个接口分别对应同一个tr组件，每个tr组件分别与相控阵天线的极化端口连接。

4、进一步的，所述信号处理射频网络一包括雷达主机以及分布其内的发射机、驱动放大器、雷达耦合器、两个功分器、两个雷达环形器、两个限幅器、三个开关阵、接收机一和接收机二，所述发射机通过驱动放大器接雷达耦合器的1端口，雷达耦合器的3端口依次通过一个固定衰减器、一个开关阵、一个功分器后分别接接收机一和接收机二，雷达耦合器的2端口接另一个功分器，另一个功分器的两个端口分别接两个雷达环形器的1端口，射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二分别与一个两个雷达环形器的2端口相接，两个雷达环形器的3端口分别通过一个限幅器、一个开关阵接至接收机一、接收机二。

5、进一步的，每个所述tr组件分别包括两个tr开关、v发射支路、v接收支路、h发射支路、h接收支路、两个tr环形器和两个tr耦合器，射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二分别接一个tr开关，两个tr开关之间还连接有定标回路，v发射支路、v接收支路一端与一个tr开关连接，v发射支路、v接收支路另一端依次通过一个tr环形器、一个tr耦合器与极化端口连接，h发射支路、h接收支路一端与另一个tr开关连接，h发射支路、h接收支路另一端依次通过另一个tr环形器、另一个tr耦合器与极化端口连接，每个tr耦合器还分别通过一个固定衰减器连接至一个tr开关；tr耦合器、tr开关之间亦组成定标支路；

6、工作模式包括成像模式和内定标模式，成像模式下，射频收发/定标网络为射频收发网络，内定标模式下，射频收发/定标网络为射频定标网络；

7、所述成像模式包括成像任务；

8、所述内定标模式包括v极化发射定标任务、h极化发射定标任务、v极化接收定标任务、h极化接收定标任务、参考定标一任务、参考定标二任务、参考定标三任务。

9、进一步的，所述成像任务的流程包括成像任务发射信号、成像任务回波信号；

10、成像任务发射信号的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器、功分器后，到两个雷达环形器的1端口，两路发射信号分别输出到射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二，经射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二的网络后输出到每个tr组件的入口，再经tr组件的tr开关选择输出到tr组件的v发射支路、h发射支路，并通过tr环形器以及tr耦合器将2路发射信号输出至天线的两个极化端口；

11、成像任务回波信号的路径为：回波信号经天线的两个极化端口进入tr组件，经tr耦合器、tr环形器进入tr组件的v接收支路、h接收支路，经tr组件的开关选择输出到射频收发/定标网络一、射频收发/定标网络二，然后依次经过两个雷达环形器、两个限幅器、两个开关阵后最终将两路回波信号分别输出至雷达主机的接收机一、接收机二。

12、进一步的，v极化发射定标任务分为全阵面v极化发射定标和单tr组件v极化发射定标；

13、全阵面v极化发射定标：v极化发射定标任务的定标信号流经所有tr组件的v发射支路以及定标支路；

14、单tr组件v极化发射定标：对于待测tr组件，v极化发射定标任务的定标信号流经待测tr组件的v发射支路以及定标支路；对于其他tr组件，v极化发射定标任务的定标信号经其他tr组件的tr开关选择输出至50ω匹配负载，不流向其他tr组件内部的v发射支路以及定标支路；

15、v极化发射定标任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器的2端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器的1端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络一，射频收发/定标网络一输出定标信号，定标信号经tr组件内部的tr开关选择后，依次流经v发射支路、tr环形器、tr耦合器、定标回路输出至射频收发/定标网络二，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机二。

16、进一步的，h极化发射定标任务分为全阵面h极化发射定标和单tr组件h极化发射定标：

17、全阵面h极化发射定标：h极化发射定标任务的定标信号流经所有tr组件的h发射支路以及定标支路；

18、单tr组件h极化发射定标：对于待测tr组件，h极化发射定标任务的定标信号只流经待测tr组件的h发射支路以及定标支路；对于其他tr组件，h极化发射定标任务的定标信号经tr组件的tr开关选择输出至50ω匹配负载，不流向tr组件内部的h发射支路以及定标支路；

19、h极化发射定标任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器的1端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器的2端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络二，射频收发/定标网络二输出定标信号，定标信号经tr组件内部的tr开关选择后，依次流经h发射支路、tr环形器、tr耦合器、定标回路输出至射频收发/定标网络一，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机一。

20、进一步的，v极化接收定标任务分为全阵面v极化接收定标和单tr组件v极化接收定标；

21、全阵面v极化接收定标：v极化接收定标任务的定标信号会流经所有tr组件的v接收支路以及定标支路；

22、单tr组件v极化接收定标：v极化接收定标任务的定标信号只流经待测tr组件的v接收支路以及定标支路；对于其他tr组件，v极化接收定标任务的定标信号会经其他tr组件的tr开关选择输出至50ω匹配负载，不流向tr组件内部的v接收支路以及定标支路；

23、v极化接收定标任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器的1端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器的2端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络二，射频收发/定标网络二输出定标信号，定标信号经tr组件内部的tr开关选择后，依次流经定标回路、tr耦合器、tr环形器、v接收支路输出至射频收发/定标网络一，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机一。

24、进一步的，h极化接收定标任务分为全阵面h极化接收定标和单tr组件h极化接收定标；

25、全阵面h极化接收定标：h极化接收定标任务的定标信号流经所有tr组件的h接收支路以及定标支路；

26、单tr组件h极化接收定标：h极化接收定标任务的定标信号只会流经待测tr组件的h接收支路以及定标支路，对于其他tr组件，h极化接收定标任务的定标信号经tr组件的tr开关选择输出至50ω匹配负载，不流向其他tr组件内部的h接收支路以及定标支路；

27、h极化接收定标任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器的2端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器的1端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络一，射频收发/定标网络一输出定标信号，定标信号经tr组件内部的tr开关选择后，依次流经定标回路、tr耦合器、tr环形器、h接收支路输出至射频收发/定标网络二，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机二。

28、进一步的，参考定标一任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器、开关阵后被接收机一、接收机二接收，功分器1端口和2端口均接50ω匹配负载。

29、进一步的，参考定标二任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器2端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器1端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络一，射频收发/定标网络一输出定标信号，定标信号通过tr组件内部的tr开关选择后由定标回路返回到射频收发/定标网络二，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机二。

30、进一步的，参考定标三任务的路径为：发射信号从发射机发出，依次经驱动放大器、雷达耦合器后输出至功分器，功分器1端口输出信号被50ω匹配负载吸收，功分器2端口输出信号经过雷达环形器输出至射频收发/定标网络二，射频收发/定标网络二输出定标信号，定标信号经过tr组件内部的tr开关选择由定标回路输出至射频收发/定标网络一，再经过雷达环形器、限幅器以及开关阵最终输出至雷达主机的接收机一。

31、相对于现有技术，本发明所述的一种基于星载相控阵天线的全极化sar系统射频网络具有以下优势：

32、本发明所述的一种基于星载相控阵天线的全极化sar系统射频网络，射频网络的减少，射频线缆以及功分器也会相应的减少，考虑到星载sar系统天线射频线缆比较长并且数量多，因此，对于减重很有帮助，可降低物料成本以及发射成本；射频网络的减少，射频器件也会相应的减少，可提高系统的可靠性，提高在轨使用寿命；射频网络的减少，射频的通路会相应的减少，可降低地面测试周期以及在轨调测周期，缩短开发周期；射频网络的减少，射频线缆以及功分器也会相应的减少，考虑到相控阵天线空间有限，因此对于天线上的其他单机的布局以及低频线缆的走线会更加友好，大大降低装配，以及后期维修拆卸的难度。