專利名稱：：表面下成像雷達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種包括發(fā)射單元和接收單元的表面下成像雷達(dá)裝置，其中該發(fā)射單元被布置成與選擇的地面區(qū)域呈選擇的仰角e向選擇的地面區(qū)域以波瓣發(fā)射第一無線電波信號(hào)。本發(fā)明還涉及一種用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法。
背景技術(shù)：
：在許多目前戰(zhàn)爭(zhēng)的干旱及開闊區(qū)域，掩蓋目標(biāo)是司空見慣的軍事策略。根本原因是這經(jīng)常是隱藏它們的唯一方法并且在例如沙質(zhì)地帶簡(jiǎn)單易行。這些目標(biāo)可以是地雷、隱藏的武器或地iiA掩體。因此，對(duì)于檢測(cè)這些類型的纟皮掩蓋目標(biāo)的有效方法有強(qiáng)烈需求。被掩蓋目標(biāo)檢測(cè)的環(huán)境以及目的是變化的。與高檢測(cè)概率相聯(lián)系的監(jiān)控能力也是普遍所關(guān)心的。例如當(dāng)軍用交通工具沿著馬路在途中以某合理的速度行進(jìn)時(shí)，其必須具有檢測(cè)可能傷害它的地雷的可能性。相反，在簽訂和平條約之后，對(duì)需要找到所有地雷并^f吏其無效的有效除雷有非常強(qiáng)烈的需求。這些地雷可以分布在較大區(qū)域，并且不總是以容易控制的方式分布。在這種情況下雖然監(jiān)控任務(wù)經(jīng)常很大使得監(jiān)控能力必須大，但是并沒有實(shí)時(shí)要求。經(jīng)常將尋找隱藏的武器限定在某些區(qū)域并且可能沒有立即的實(shí)時(shí)需求。然而，可能有在一定的期限內(nèi)獲得結(jié)果的強(qiáng)烈壓力，因此在這種情況下監(jiān)控能力也是所關(guān)心的。新出現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域是將以前的軍事庫房及訓(xùn)練場(chǎng)恢復(fù)為民用土地用途。這些區(qū)域可能被未爆炸武器及有害廢物嚴(yán)重污染。經(jīng)過如在東歐的劇烈的組織變化，可能已經(jīng)忘記了廢物堆積物的位置。當(dāng)監(jiān)控需求大時(shí)，使用手持地雷檢測(cè)裝置效率低下。另外基于靜磁或靜電效應(yīng)(從而測(cè)量地面的磁導(dǎo)率或介電常數(shù))的自移動(dòng)檢測(cè)裝置具有低監(jiān)控能力。其原因是靜止場(chǎng)在短距離衰減，在檢測(cè)過程中要求小心緩慢的移動(dòng)。相反，雷達(dá)基于電磁輻射。由于電磁輻射的距離衰減小于靜電場(chǎng)的距離衰減，對(duì)于大范圍覆蓋的表面下目標(biāo)檢測(cè)，看起來雷達(dá)是優(yōu)選的原理。表面下目標(biāo)可能很小，并且其信號(hào)可能很弱。因此，檢測(cè)裝置必須感測(cè)地面的僅一小部分，在該部分地面的干擾由于存在目標(biāo)相對(duì)明顯。因此，在較大的監(jiān)控距離的雷達(dá)操作的問M如何獲得足夠的分辨率，分離出地面的小體積(smallvolume)。合成孑L徑雷達(dá)(syntheticapertureradar,SAR)的原理是獲得地表面的高二維分辨率的已知方法。從地面以及從空中可使用合成孔徑雷達(dá)(SAR)。機(jī)載SAR產(chǎn)生與飛行的飛行器路徑垂直的二維圖像。將該圖像中的一維稱作距離(或跨軌跡(crosstrack))且是從雷達(dá)到目標(biāo)的船巨(lightofsight)的測(cè)量。與大多數(shù)其它雷達(dá)一樣在合成孔徑雷達(dá)中以同樣的方式獲得距離測(cè)量及分辨率通過精確測(cè)量從脈沖發(fā)射到收到目標(biāo)的回波的時(shí)間來確定距離，在最簡(jiǎn)單的SAR中，通it4C射的脈沖寬度來確定距離分辨率，即窄脈沖產(chǎn)生高距離分辨率。將另一維稱作方位向(或沿軌跡(alongtrack)),方位向與地表面上的距離垂直。SAR具有產(chǎn)生相對(duì)高的方位向分辨率的能力，這使它區(qū)別于其它雷達(dá)。為獲得高方位向分辨率，需要物理上大的天線來將發(fā)射和接收的能量聚焦到銳波束(sharpbeam)中。該波束的銳度(sharpness)定義了方位向分辨率。相似地，如望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)需要大孔徑(與雷達(dá)天線類似的鏡或透鏡)來獲得高圖4象分辨率。由于SAR在頻率上比光學(xué)系統(tǒng)低的多，所以即使中等的SAR分辨率所需的天線物理上也比實(shí)際中機(jī)載平臺(tái)所能攜帶的天線大經(jīng)常需要幾百米長(zhǎng)的天線長(zhǎng)度。然而，當(dāng)機(jī)載雷達(dá)飛過這個(gè)距離時(shí)可收集數(shù)據(jù)并且然后能就象該數(shù)據(jù)來自物理上長(zhǎng)的天線一樣處理數(shù)據(jù)。在合成該天線時(shí)該飛行器飛過的距離稱為合成孔徑。由相對(duì)長(zhǎng)的合成孔徑產(chǎn)生窄的合成波束寬度，這提供比由較小的物理天線可能產(chǎn)生的分辨率高的分辨率。雖然這部分試圖提供對(duì)SAR的直觀理解，但是SAR并不如上所述那么簡(jiǎn)單。即使是對(duì)于中等的方位向分辨率，到合成孔徑上的Hi置的目標(biāo)距離沿著合成孔徑變化。在SAR中在成像前由該目標(biāo)所^^射的能量必須"在數(shù)學(xué)上聚焦，，以補(bǔ)償在該孔徑上的距離依賴性(ranged印endence)。當(dāng)孔徑大時(shí)，該SAR能提供與雷達(dá)波長(zhǎng)接近的分辨率，這提供了靈敏聚焦，如果不能適當(dāng)聚焦，目標(biāo)就會(huì)在SAR圖4象中消失。然而，由于電磁能量不能充分透入地面，而是在表面凈iL^射，所以已知SAR不能用于地下檢測(cè)。因此，仍然需要可用于地下成像的改進(jìn)雷達(dá)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種包括發(fā)射單元和接收單元的表面下成像雷達(dá)裝置。該發(fā)射單元被布置成以接近于選擇的地面區(qū)域的水平面的選擇的仰角(elevationangle)0向選擇的地面區(qū)域以波瓣發(fā)射第一無線波信號(hào)，使得以表面波模式捕獲相對(duì)于地面的垂直極化信號(hào)的相當(dāng)大部分的能量，該信號(hào)能量通過折射i^地面區(qū)域而被連續(xù)分接(tap)。在這里，所述地面區(qū)域非常小使得地球曲率可以忽略，這樣所述地面區(qū)域可近似為水平面。因?yàn)橐呀?jīng)證明當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)能量的至少10%折射入地面區(qū)域時(shí)，才艮據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置運(yùn)行良好，所以如果第一信號(hào)能量的至少10%折射入地面區(qū)域是有利的。作為例子，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出具有相對(duì)于地面區(qū)域的傾斜角9=1的根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置具有第一信號(hào)的25%的^地面的能量折射。最優(yōu)角e是所謂的布魯斯特角，后面將進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行解釋。根據(jù)以上所述，所述雷達(dá)裝置不限于布魯斯特角，而是在包括布魯斯特角的范圍內(nèi)可用。然而，在布魯斯特角，第一信號(hào)中的100%的能量折射入地面。所i^射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)作為相對(duì)于地面的極化信號(hào)，使得該第一信號(hào)的大部分能量折射入地面。所i^射單元4皮布置成發(fā)射第一信號(hào)，該信號(hào)波長(zhǎng)大于表面之上的選擇的目標(biāo)的尺寸，但是對(duì)于檢測(cè)表面下選擇的目標(biāo)來說又足夠短。發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)，該信號(hào)具有大于第一信號(hào)的中心頻率的10%的高部分帶寬(fractionalbandwidth)以獲得高距離分辨率。所述雷達(dá)裝置是波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，該合成孔徑雷達(dá)具有與第一信號(hào)的波長(zhǎng)接近或相等的方位向分辨率，以獲得高方位向分辨率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)的中心頻率大于200Mhz時(shí)，所述帶寬大于該中心頻率的10%,以獲得高距離分辨率。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)的中心頻率在50Mhz與200Mhz之間時(shí)，所述帶寬大于該中心頻率的25%，以獲得高距離分辨率。所述接收單元被布置成接收作為來自選擇的地面區(qū)域的被反射的笫一信號(hào)的第二信號(hào)。優(yōu)選地，該雷達(dá)裝置為合成孔徑雷達(dá)，即SAR,但是與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于根據(jù)本發(fā)明的SAR是波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，以獲得在地表面以下的不同的電介質(zhì)深度(dielectricdepth)的不同的圖4象，給出地面區(qū)域的三維成像。根據(jù)本發(fā)明的SAR在波長(zhǎng)限制，即衍射限制下工作。在SE456117、SE468184以及SE511952所描述的所謂的CARABAS裝置及方法中已經(jīng)公開了對(duì)于最佳方位向分辨率，即接近第一信號(hào)的波長(zhǎng)的衍射受限SAR的技術(shù)。這些文獻(xiàn)教導(dǎo)了如果雷達(dá)裝置以接近波長(zhǎng)的方位向分辨率工作，能實(shí)現(xiàn)可用于三維成像的短景深(depthoffield)。與所主張的特征一起使用的該方法提供了期望的表面下成像。根據(jù)本發(fā)明的SAR不使用水平極化信號(hào)，而是所述發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)作為基本上垂直于地面區(qū)域而極化的信號(hào)，即垂直極化信號(hào)。通過使用安裝在地面交通工具或飛行器上的發(fā)射天線可實(shí)現(xiàn)垂直極化的信號(hào)。在后者情況，飛行器可以與地面成角度來飛行，即當(dāng)飛行器向上或向下飛時(shí)，使得該發(fā)射天線將發(fā)射不是與地面完全垂直、而是從90°偏離正負(fù)幾度極化的極化信號(hào)。雷達(dá)裝置的功能將削弱，但是雷達(dá)裝置仍然工作。如前所述，相對(duì)于地面區(qū)域的仰角e應(yīng)在包括布魯斯特角的角間隔中，并且優(yōu)選地接近或正是布魯斯特角。由于在布魯斯特角周圍的相當(dāng)大的角間隔中存在關(guān)于折射的垂直和水平極化之差，角e可稍微偏離布魯斯特角。垂直和水平極化之間的最大差是對(duì)于在0°到40。之間間隔內(nèi)的仰角e，并且對(duì)于在0。到20。之間間隔內(nèi)的角e是最明顯的。通過給出小俯角，即給出小仰角的低傾斜的低水平飛行來使用SAR，使用垂直極化是實(shí)現(xiàn)既照射在實(shí)際的地表面上(而不是在表面之上波長(zhǎng)的一部分處)又折射入地面的必要條件。相對(duì)于高于地面的目標(biāo)，布魯斯特角入射最大化表面/表面下目標(biāo)的響應(yīng)。如上所述雷達(dá)裝置可安裝在飛行器上。那么雷達(dá)裝置可包括^機(jī)，該M機(jī)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。由于本發(fā)明的雷達(dá)裝置考慮了足夠短的距離，發(fā)射機(jī)可包括具有小于所發(fā)射的第一信號(hào)的一半波長(zhǎng)的垂直延伸的發(fā)射天線。關(guān)于表面波傳播，上面已得出結(jié)論，對(duì)于有限的土壤傳導(dǎo)率，發(fā)射具有以布魯斯特角傾斜的電場(chǎng)的垂直極化信號(hào)導(dǎo)致折射過程，該折射過程創(chuàng)建表面波信號(hào)，該表面波信號(hào)被連續(xù)折射而i^地面分接(tap)，而沒有任何反射分量。這個(gè)結(jié)論對(duì)于在機(jī)載SAR平臺(tái)上容納低頻垂直極化天線的實(shí)際困難有意義。不需要發(fā)射天線具有大于一半波長(zhǎng)，在本發(fā)明的情況下約為l米的垂直延伸。然而，對(duì)于安裝在例如UAV上的小型機(jī)載系統(tǒng)，即使該長(zhǎng)度也是問題。雷達(dá)信號(hào)在折射后可以是表面波的事實(shí)可用來通過雙站(bi-staticarrangement)裝置實(shí)現(xiàn)表面下成像雷達(dá)。在該裝置中，該發(fā)射天線可接近地面并發(fā)射表面波。在另一實(shí)施例中，該發(fā)射天線被安裝在沿x方向以適中的速度移動(dòng)的地面交通工具上。被安裝在交通工具上的發(fā)射天線可以在布魯斯特角傾斜并垂直延伸數(shù)米以使輻射波束垂直方向上窄并使輻射能量到表面波的轉(zhuǎn)換高效。該接收天線可小于發(fā)射天線且可具有小于一半波長(zhǎng)的垂直延伸，從而可容易地安裝在如無人駕駛飛行器(UAV)或直升機(jī)的飛4亍器上。在一般的應(yīng)用中，該飛行器從而該接收機(jī)將在發(fā)射的地面交通工具上以鋸齒形方式行進(jìn)，通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成該合成孔徑。所述飛行器比允許鋸齒形運(yùn)動(dòng)的地面具有較高的速度。該飛行器以具有盡可能急的轉(zhuǎn)彎的直線飛行。可通過使用給出使來自地下目標(biāo)的能量在不同的深度獨(dú)立聚焦以能夠進(jìn)行3D成像的大積累角(integrationangle)和短景深的衍射受限SAR來概括本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置應(yīng)通過考慮以下#來實(shí)現(xiàn)1.選擇適當(dāng)?shù)恼丈鋷缀?illuminationgeometry),即仰角G。2.適當(dāng)使用低頻衍射受限SAR處理以獲得3D成像。3.選擇適當(dāng)?shù)牡屠走_(dá)頻率。實(shí)驗(yàn)已示出在100-200Mhz范圍內(nèi)的頻率運(yùn)行良好。所述低頻率使得M面與波長(zhǎng)相比變得平坦。然后一部分信號(hào)沿表面?zhèn)鞑デ乙徊糠中盘?hào)以陡峭的角(steepangle)和更短的波長(zhǎng)透入地面，這使得雷達(dá)可檢測(cè)到比波長(zhǎng)小數(shù)倍的地下、表面下目標(biāo)。如果使用高頻，與波"M目比，地表面看起來混亂。信號(hào)會(huì)從在各個(gè)方向從地表面反射。這些信號(hào)趨向于使雷達(dá)接收不到地下響應(yīng)，因此不應(yīng)使用。下面是不同的地面材料的表。該表并不是窮盡性的而僅僅是給出了不同的例子。布魯斯特角透入深度表面3巨離濕土IO03.4m112m<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由于人space被折射率除從而計(jì)算人ground,所以地面的折射率是重要的。地面的折射率的典型值為5。光學(xué)平整度草地，小圓石等使得均方根(RootMeanSquare,RMS)高度必須小于例如Xspace/8。入space是空氣中波長(zhǎng)。小目標(biāo)靈敏度Xground/2〉0.2m給出2m的波長(zhǎng)入space，其允許0.25m的RMS地面WI度且表面下目標(biāo)>0.2m。ground是地面中的波長(zhǎng)。大約0.2m的表面下目標(biāo)是強(qiáng)反射體，因?yàn)樗鼈兣c入射輻射共振。而且表面下目標(biāo)經(jīng)常是金屬目標(biāo)，其與密度較低的環(huán)繞物相比是較好的反射體。下面結(jié)合多個(gè)本發(fā)明。圖1示意性示出包括根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置的飛行物的飛行路徑；圖2a和2b示意性示出水平極化波束與垂直極化波束之間的比較；圖3示意性示出水平(實(shí)線)和垂直(虛線)極化的作為俯角的函數(shù)的透射系數(shù)的圖；圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的雙站裝置所覆蓋的表面(白色區(qū)域)；圖5示意性示出事件的幾何映射；圖6示意性示出用于地面交通工具及空中交通工具的組合中的根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)。具體實(shí)施方式圖1示意性示出包括根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置的飛行器2的飛行路徑1。飛行器2可以是直升機(jī)或飛機(jī)或任何其它能承載根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝備的適合的飛行物。圖1示出雷^射#以鋸齒模式飛行的同時(shí)向選擇的地面區(qū)域4發(fā)射垂直極化波束3。圖1示出該系統(tǒng)的原理，其中地下目標(biāo)5在半圓7的形狀的地面區(qū)域4的表面6上提供目標(biāo)響應(yīng)。在SAR配準(zhǔn)(registration)的各瞬間來自目標(biāo)的響應(yīng)與在同一電范圍的其它反射混合。圖l示出由于大積累角及小俯角該目標(biāo)能量可被重新聚焦以能夠進(jìn)行3D成像。圖2a和2b示意性示出水平極化波束H-pol和垂直極化波束V-pol之間的比較。圖2a示出水平極化波束H-pol基本上全部4iL^射。該水平極化波束H-pol必須以比40。還陡的仰角e傾斜或如圖3所示所有發(fā)射能量將i^A^面反射。圖2b示出對(duì)于以布魯斯特角作為仰角e的垂直極4t波束V-po1,可將照射幾何配置成整個(gè)信號(hào)都通過折射射入地面，如圖3所示。如果該表面是傳導(dǎo)的，則該處理被地波分量支持。圖3示意性示出水平極化(實(shí)線)以及垂直極化(虛線)的作為俯角的函數(shù)的透射系數(shù)的圖。如圖3所示，當(dāng)成^象角，即仰角e變小時(shí)，對(duì)于垂直極化輻射的強(qiáng)需求是明顯的。圖3示出由于在布魯斯特角周圍的相當(dāng)大的角間隔中存在關(guān)于折射的垂直和水平極化之差，仰角e可稍微偏離布魯斯特角。對(duì)于在0。到40。之間間隔內(nèi)的角e，垂直和水平極化之差最大，并且對(duì)于在0。到20。之間間隔內(nèi)的角e最明顯。因此合適的角在布魯斯特角正負(fù)5-10°的范圍內(nèi)。該小俯角指示應(yīng)將所述雷達(dá)裝置置于接近地面以進(jìn)行短距離操作。圖4示意性示出由圖6所描述的雙站(bistatic)裝置所覆蓋的表面(白色區(qū)域)。散列區(qū)域(hashedarea)通過鋸齒形接收機(jī)移動(dòng)中的單個(gè)航線(leg)B來成像。在接收機(jī)沿B運(yùn)動(dòng)期間，發(fā)射機(jī)沿A移動(dòng)。得到的相位中心沿C移動(dòng)。R是對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的平均最大距離。由該最大距離來設(shè)置對(duì)于雷達(dá)照射可對(duì)哪個(gè)表面預(yù)期表面波傳播。例B:20m/s;A:4m/s;C:240m;W:107m圖5示意性示出事件的幾何映射。通過由兩條相鄰的接收機(jī)航線形成的三角形覆蓋區(qū)域創(chuàng)建的"腰"來確定矩形監(jiān)控率(rectangularsurveillancerate)。實(shí)際上一半寬度W/2是從發(fā)射交通工具到腰點(diǎn)(waistpoint)的路^圣多巨離。圖6示意性示出用于地面交通工具8與飛行器2的組合中的根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置。在圖6中，示出所iOL射機(jī)包括安裝在地面交通工具8上的發(fā)射天線9。發(fā)射天線9向著在地面交通工具8前面的選擇的地面區(qū)域4以波瓣10的形式發(fā)射垂直極化第一信號(hào)(圖1中的波束3)。優(yōu)選地，發(fā)射天線9以取決于地面的折射率的布魯斯特角向地面傾斜。飛行器2以鋸齒模式1飛行以增強(qiáng)前述SAR的合成孔徑。該飛行器2包括接收機(jī)，該接收機(jī)包括用于接收第二波瓣11的信息的接收天線(未示出)。當(dāng)生成表面下圖像時(shí)，所接收的波瓣11變換為用于進(jìn)一步信號(hào)處理的第二信號(hào)。以下將結(jié)合所有圖1-6來進(jìn)行說明。衍射受限(diffractionlimited)合成孔徑雷達(dá)的原理是獲得地表面的高2維分辨率的已知方法。然而，必須才艮據(jù)本發(fā)明改變?cè)摲椒ㄒ赃M(jìn)4亍表面下成像。為了使該方法有用，需要如下雷達(dá)配置其輻射方向與地平面相當(dāng)接近，使得辨析(resolve)該地表面。就像顯微鏡法中一樣，通過衍射受限SAR的短焦深(shortdepthoffocus)顯示表面下目標(biāo)的深度。斯涅爾折射定律是輻射折射入地面的基礎(chǔ)(其中角是相對(duì)于地面的，該地面被假設(shè)為是水平的)。通過針對(duì)反射系數(shù)p的菲涅耳等式來補(bǔ)充斯涅爾定律。對(duì)于(電場(chǎng)的)垂直/水平^^f匕，分別具有外=-_wsm^o+sin^"sin^-sin^)Z7//=-^透射及反射系數(shù)之和為1。地面的典型折射率可為n=5，由此透射系數(shù)如圖3所示。將對(duì)于垂直極化信號(hào)透射系數(shù)為1的角稱作布魯斯特角。對(duì)于布魯斯特角，才艮據(jù)(1.1)和(1.2)有cos60sinP。=cossin9=><9=>——60=e>tanP0=1/"2(1.2)如圖3所示顯然對(duì)于近垂直俯角，透射和反射系數(shù)大小相同。因此對(duì)于垂直照射到地面上的輻射有大約50%的功率損耗。對(duì)于再次經(jīng)過地面空氣界面(groundairinterface)#^面下目標(biāo)反射的信號(hào)，將會(huì)有同樣強(qiáng)的損耗，即會(huì)有75%的總損耗。對(duì)于具有在地面正上方的天線的地面探測(cè)雷達(dá)，由于可通過脈沖壓縮來辨別地面響應(yīng)，這些數(shù)字可以是可接受的。對(duì)于從高處俯視地面的i^巨離雷達(dá)，由于波前的彎曲特性，該地面響應(yīng)不能被辨別，該波前在中心處于期望的深度的同時(shí)在邊緣處碰撞地表面。因此，這樣的雷達(dá)配置將不是很有用。如上所述，SAR依賴于小俯角，因而如果水平極化，對(duì)于表面下探測(cè)非常低效。從圖中可看出，對(duì)于垂直極化信號(hào)情況不同。事實(shí)上如果將布魯斯特角用作俯角，所有的功率將被折射入地面。互易性(reciprocity)-至少適用到地面無損耗的程度，將保證當(dāng)信號(hào)從表面下目標(biāo)反向散射時(shí)不會(huì)被地表面折射。必須通過兩個(gè)條件來選擇雷達(dá)波長(zhǎng)入1.該波長(zhǎng)必須足夠短，4吏得要檢測(cè)的地下目標(biāo)相對(duì)于地面內(nèi)的波長(zhǎng)在瑞利區(qū)之上(要檢測(cè)的目標(biāo)應(yīng)具有至少A72n的線性尺寸)。2.該波長(zhǎng)必須足夠大，從而不會(huì)由地面*^度(地面粗糙度應(yīng)具有不大于人/8的線性特征尺寸)導(dǎo)致的遮蔽效應(yīng)(shadowingeffects)使得照射到地面之上的場(chǎng)(field)嚴(yán)重減小。例如，對(duì)于平遠(yuǎn)場(chǎng)(flatopenfield)b2m可能是合適的波長(zhǎng)選擇。這假設(shè)草地、小圓石等一般具有小于0.3m的延伸。傳播itA^面的波長(zhǎng)通過折射率n變短，即對(duì)于n-5大約減小5倍。因此2m的波長(zhǎng)將會(huì)與0.2m延伸的地下目標(biāo)共振。Zenneck表面波以布魯斯特角沿著地表面的波傳播是特有的并應(yīng)得到具體對(duì)待，以便對(duì)雷達(dá)設(shè)計(jì)可提出更加明確的建議。因?yàn)閭鞑バЧc在Zemieck意義上的電磁表面波密切相關(guān)。電介質(zhì)一旦具有某種程度的傳導(dǎo)性時(shí)，以布魯斯特角的波傳播會(huì)支持表面波，該表面波具有不產(chǎn)生任何回波的精確屬性。在真正無損耗的地面介質(zhì)的情況下，不存在表面分量并出現(xiàn)無反射的折射過程?？紤]具有傳導(dǎo)率f以及介電常數(shù)s的半空間"O，并假設(shè)^u是具有零傳導(dǎo)率和介電常數(shù)f。的真空。假設(shè)整個(gè)空間是具有磁導(dǎo)率w的無磁體。此處要解釋的問題是否存在限制到x-y平面的輻射，也就是說在z或-z方向沒有自由輻射分量。我們將假設(shè)在x-z平面的傳播，即具有一個(gè)非零分量^(^z)的磁場(chǎng)?？纱嬖趦蓚€(gè)電分量^(x，z)和^"，z)。對(duì)于zSO該時(shí)間分離的麥克斯韋方程(timeseparatedMaxwellequation)的非零部分為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>"(2.1)從其可得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(22)這支持對(duì)于"o的解其中=-一。(/c+/眺)(24)因?yàn)樵摻?，是限制到平面z=0并沿其傳播的波，對(duì)于z-co其必定衰減，所以ReVV、、0。對(duì)于zx;以相應(yīng)的方式得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(25)注意是實(shí)數(shù)并實(shí)際上是該時(shí)間分離的麥克斯韋方程的波數(shù)。然而我們不能隨意規(guī)定該波數(shù)代表平面波。對(duì)于2—-oo該波必定衰減，所以Re注意A為同一個(gè)波的表面下部分的波數(shù)。^可呈現(xiàn)任何值并在知道材料常數(shù)、s、"以及A)的情況下，可根據(jù)該值計(jì)算、根據(jù)邊界條件確定w和^。通過(2.1)確定電場(chǎng)。對(duì)于wo1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>V、￡z=-叫0~yexp(—i/w0-&0z—一;c(2.9)邊界條件是在過渡z—G中該切向場(chǎng)分量應(yīng)當(dāng)連續(xù)。因此<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>由于根據(jù)(2.11)必須選擇根的相反符號(hào),又得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>將(2.11)，(2.12)代入(2.3)和(2.5)中，得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>當(dāng)^和^是實(shí)數(shù)且為正(事實(shí)上其將被看作是近似這種情況)時(shí):(2.13)表示對(duì)于"0沿著波矢量fo，々)，對(duì)于"(J沿著波矢量(^^。)導(dǎo)向的波傳播。兩個(gè)方向都ii^x-z平面的第四象限。根據(jù)(2.7)"0的電場(chǎng)幅度(amplitude)變?yōu)?lt;formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>也就是說該電場(chǎng)(以;5L磁場(chǎng))與傳播方向垂直。對(duì)于ou,從(2.9)得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>。用波數(shù)來替換頻率和材料常數(shù)。具有以下等式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中引入了光速e-v^^和折射率"^v^。通過進(jìn)一步根據(jù)"/c=2"M引入輻射的真空波長(zhǎng)來增強(qiáng)可解釋性將是方便的。并且根據(jù)以下等式引入臨界波長(zhǎng)々(對(duì)于該波長(zhǎng)衰減短于該波長(zhǎng))的概念，而不是傳導(dǎo)率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(2.17)因而<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(2.18)因此該磁場(chǎng)幅度可被重新表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(2.17)才艮據(jù)該等式可容易得出電場(chǎng)幅度《考慮《=0的情況，即^—<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(2.18)明顯地，在這種情況下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>(2.19)發(fā)現(xiàn)在地面之上或之下該解構(gòu)成具有波數(shù)的平面波(2.20)在仰角e-tan一^/^，即對(duì)于"(j在角^-tan-M/"并對(duì)于在角發(fā)生傳播。根據(jù)在地面上以及地面下的、波數(shù)分量的一致可明顯看到滿足斯涅耳衍射定律。一些地面類型的材料常數(shù)為"A戶干土3.2濕土5.53.2海水8.8由于在所有情況下">>，沙<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>(2.21)發(fā)現(xiàn)直到該近似值，Zenneck波在x方向不衰減。該結(jié)果不依賴于傳導(dǎo)率而是依賴于折射率大小。對(duì)于不大于數(shù)米的波長(zhǎng)，々々較小，在這種情況下通過秦勒展開可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(2.22)該Zenneck波又被看作遵守斯涅爾折射定律的平面波特性，雖然其將在z方向衰減。由于"》〗該傳播以小俯角在地面之上發(fā)生。所謂的布魯斯特角是理想電介質(zhì)(dielectric)的角，在該角對(duì)于垂直極化輻射不出現(xiàn)逆著水平表面的反射。通過以下等式給出該角<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(2.23)因此看出當(dāng)V4—0,Zenneck波變?yōu)橥耆凵淙氲孛娴钠矫娌ɑ?通過互易定理)在邊界無反射地出現(xiàn)在地面外的平面波。假設(shè)AM一o且"<w，將看到該Zenneck波也在x方向衰減。得出(2.17)的指數(shù)分母的最低次虛部分量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(2.24)因此替代(2.21)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(2.25)因此獲得Zenneck地波的四個(gè)感興趣參數(shù)，即波傾斜加—1]/"、特性透入深度(characteristicpenetrationdepth)O、特性真空擴(kuò)展"4以及特性傳播范圍"2、對(duì)于上述材料，除了海水，適用近似義《^并獲得<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>該分析使得Zenneck波的物理解釋簡(jiǎn)單清楚?？煽偨Y(jié)如下如果存在完全的阻抗匹配，以布魯斯特角沿著一定的傳播路線入射到地面的波將沒有反射分量，所以該波完全折射入地面，其傳播路線根據(jù)斯涅耳折射定律彎曲。然而，根據(jù)邊界務(wù)泮，電場(chǎng)分量在折射過程中減少，參見等式(2.14)和(2.15)。因此當(dāng)其碰到地表面時(shí)，電磁功率通量(坡印廷向量)沿著電磁傳播路線將突然減小。除非其余功率是用于將入射波擴(kuò)展到地表面上的較大的x值的源，否則不能保存能量平衡。隨著x值增加，該入射波的功率將以指數(shù)下降。表面下成像雷達(dá)設(shè)計(jì)基于上述理論結(jié)果，可給出對(duì)于表面下成像雷達(dá)的一般雷達(dá)設(shè)計(jì)方面。設(shè)想候W面下目標(biāo)是金屬并具有至少V"0.2m的大小。將提供入射雷達(dá)信號(hào)的總的雖然可能散布的散射。諸如石頭和樹根的自然的表面下雜波(clutter)單元具有與土壤本身相似的折射屬性。另外，同質(zhì)的自然地面將大部分出現(xiàn)在比真正目標(biāo)的長(zhǎng)度等級(jí)(lengthscale)小的長(zhǎng)度等級(jí)。因此表面下雜波應(yīng)提供比真正目標(biāo)弱的反向散射。為使該效果對(duì)于虛假警報(bào)拒絕有用，雷達(dá)分辨率必須高到使得通常分離的嘲:射單元，不管是目標(biāo)還是干擾，在分辨單元內(nèi)被正常分離，從而避免斑點(diǎn)效應(yīng)(speckleeffect)。因此必須獲得與雷達(dá)波長(zhǎng)接近的雷達(dá)分辨率。假設(shè)表面下目標(biāo)固定，該SAR原理適于獲得該高分辨率。通it^目同的推理，對(duì)于普通SAR，整個(gè)表面下體(volume)可視為反射連續(xù)介質(zhì)，對(duì)于該介質(zhì)各點(diǎn)P以SAR成像過程所估計(jì)的強(qiáng)度,("獨(dú)立地并在所有方向上散射-r(3.1)這里F(。0是脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)，而^尸是從當(dāng)前平臺(tái)位置^到雷達(dá)場(chǎng)景中的點(diǎn)p的"雷達(dá)"距離(在真空中與該雷達(dá)回波延時(shí)相對(duì)應(yīng)的距離)，對(duì)于表面下散射體，僅沿地面法線的角sin一0/")內(nèi)的反向^t射方向?qū)⑼ㄟ^地面/空氣界面折射并產(chǎn)生雷達(dá)回波。另外，來自地面下的該散射信號(hào)穿過地表面，被反射減小。如圖3中所示，表面下反射損耗受極化影響很大。這在目前的大監(jiān)控率應(yīng)用中特別重要，其中俯角必須是小的。在SAR的典型俯角，使用垂直極化看起來是實(shí)現(xiàn)既照射在實(shí)際地表面上(而不是在該表面之上波長(zhǎng)的一部分處)又折射入地面的必要條件。布魯斯特角入射最大化表面/表面下目標(biāo)相對(duì)于高于地面的目標(biāo)的響應(yīng)。對(duì)于水平極化，雙向反射損耗合計(jì)為以布魯斯特角入射的反向散射的表面/表面下信號(hào)的20dB的衰減。如上所述，在雷#測(cè)過程中必須除掉干擾虛假警報(bào)。這可通過SAR目標(biāo)檢測(cè)的三個(gè)已知策略的任一個(gè)或其組合來實(shí)現(xiàn)1)對(duì)圖像強(qiáng)度設(shè)置閾值，從而僅呈現(xiàn)一定強(qiáng)度的警報(bào)；2)組檢測(cè)，例如在圖像中搜索警報(bào)的常規(guī)或指示圖案。雷區(qū)可以是組檢測(cè)的典型情況；3)變化檢測(cè)，比較在同一區(qū)域在分離的時(shí)間得到的圖像。測(cè)量道路是典型應(yīng)用。表面下SAR成像的挑戰(zhàn)是要被成像的區(qū)域是3維的，而距離選通(rangegating)和SAR聚焦僅提供2維雜波抑制。如現(xiàn)在所分析的，在衍射或波長(zhǎng)分辨率的SAR成^^具有短景深的屬性，這可辨析(resolve)3維模糊。可通過假設(shè)無窮大的折射率來充分良好地模擬SAR圖像的散焦。因而，小俯角SAR在(基本)水平面上將雷達(dá)信號(hào)傳播到地下目標(biāo)上方的點(diǎn)，在該點(diǎn)傳播變?yōu)槌蛟撃繕?biāo)的垂直向下。使地下目標(biāo)沿著x軸置于尸-",少,-z)，并使SAR路徑沿著y軸，即G-(O，w,O)。從SAR路徑上的任意點(diǎn)y到表面下目標(biāo)的"雷達(dá)"距離將是23<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(32)對(duì)于接近y=0的短SAR孔徑，可以以其一階近似來代替(3.2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(3.3)這樣SAR成像原理將相等的圖像幅度歸于任意一對(duì)圖像點(diǎn)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>因此將沒有任何手段來辨別表面下和表面響應(yīng)。然而，對(duì)于較大的SAR孔徑將出現(xiàn)對(duì);^ltz的靈敏度。實(shí)際上對(duì)于從實(shí)際目標(biāo)位置尸=(^,乂-z)移位的點(diǎn)戶-"-"&'乂-"&)執(zhí)行積分(3.1),如果雷達(dá)距離差0,戶-%,尸'變的大于波長(zhǎng)的四分之一，該積分將開始解相關(guān)(decorrelate)。對(duì)于半波長(zhǎng)差，解相關(guān)將是完全的，也就是說目標(biāo)響應(yīng)不會(huì)擴(kuò)展到移位相應(yīng)量的圖像點(diǎn)?；谶@些觀察，得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(3.4)由于波長(zhǎng)分辨率成像需要xavr，得出景深&-^7。對(duì)于上述A^2m及"*5，得出&0.4m。對(duì)于有P艮折射率的相應(yīng)結(jié)果將給出更復(fù)雜的公式，但是關(guān)于景深沒有較大區(qū)別?？商孢x地可通過比傳統(tǒng)SAR更加豐富的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)集獲得3D分辨能力。例如，由垂直延伸的SAR天線實(shí)現(xiàn)的方向性原則上提供3D辨析以及表面和表面下響應(yīng)之間的分辨。任何表面下目標(biāo)的不可辨析3D環(huán)繞物包含地面上的植被層以及任何其它直到該信號(hào)的透入深度的表面下響應(yīng)。然而，該植被層和透入深度幾乎不大于幾米。因此考慮到所需要的米大小(meter-size)波長(zhǎng)以及大監(jiān)控所需的遠(yuǎn)程距離，一定可得出結(jié)論對(duì)垂直天線分辨率的要求太嚴(yán)格，使得僅僅通過工作中的實(shí)際天線分辨率不能實(shí)現(xiàn)?？偠灾瑢?duì)于成功的表面下成像雷達(dá)來說最重要的方面看起來是1)垂直極化；2)獲得短景深的波長(zhǎng)分辨率；以及3)合適的波長(zhǎng)選擇。由于在布魯斯特角附^目當(dāng)大的角間隔中存在垂直和水平極化之差，所以使用準(zhǔn)確的布魯斯特角并不是非常重要。上面已得出結(jié)論對(duì)于有限土壤傳導(dǎo)率，發(fā)射具有以布魯斯特角傾斜的電場(chǎng)的垂直極化信號(hào)導(dǎo)致折射過程，該折射過程創(chuàng)建表面波信號(hào)，該表面波信號(hào)被連續(xù)折射而進(jìn)入地面分接，而沒有任何反射分量。這個(gè)結(jié)論對(duì)于在機(jī)載SAR平臺(tái)上容納低頻垂直極化天線的實(shí)際困難有意義。對(duì)于所考慮的短距離，發(fā)射功率相當(dāng)小，所以對(duì)于機(jī)載雷達(dá)不需要發(fā)射天線具有大于波長(zhǎng)一半，即在本發(fā)明的情況下大約lm的垂直延伸。然而，對(duì)于安裝在例如UAV上的小型機(jī)載系統(tǒng)，即使該長(zhǎng)度也是問題。雷達(dá)信號(hào)可以是表面波的事實(shí)可用來通過雙站裝置(bistaticarrangement)實(shí)現(xiàn)表面下成像雷達(dá)。在該裝置中，發(fā)射天線可接近地面并發(fā)射表面波。該發(fā)射天線一般安裝在沿x方向以適中的速度移動(dòng)的地面交通工具上。安裝在交通工具上的發(fā)射天線可以布魯斯特角傾斜并垂直延伸數(shù)米，以使得輻射波束在垂直方向窄且輻射能量到表面波的轉(zhuǎn)換高效。該接收天線可具有小于波長(zhǎng)一半的垂直延伸，并因而可容易地安裝在UAV或直升機(jī)上。該接收平臺(tái)在發(fā)射的地面交通工具上以鋸齒形方式行進(jìn)，通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成合成孔徑。SAR表面分辨率/厶式為225(3.5)其中^為積累角且B是帶寬。假定中心波長(zhǎng)&"2m，看起來可獲得提供1.5m距離分辨率c/^的100Mhz的帶寬。該分辨率應(yīng)由相似的方位向分辨率A敘c/2匹配。因此AP-60。。該SAR孔徑長(zhǎng)度指的是相位中心的移動(dòng)，對(duì)于雙站裝置該長(zhǎng)度是由接收平臺(tái)行進(jìn)的實(shí)際距離的幅度的一半。假定特征表面?zhèn)鞑ゾ嚯x可從100到1000米變化，在多數(shù)應(yīng)用中將認(rèn)為200m的雷ii^巨離是實(shí)際的，也就是說即使表面波傳播的特征距離是100m。由鋸齒形接收機(jī)移動(dòng)所覆蓋的區(qū)域如圖2所示。用B表示單航線的相位中心移動(dòng)的長(zhǎng)度，而A是該航線的幅度。因此<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(3.6)其中、是接收機(jī)在x方向的速度分量以;SJL射機(jī)的地面速度。可假設(shè)對(duì)于由單航線成像的三角形(散列)區(qū)域，對(duì)于鋸齒形幅度獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(3.7)可包括在覆蓋(不規(guī)則)區(qū)域的矩形帶實(shí)際上是成像區(qū)域的有用部分,因此，其寬度W是所關(guān)心的。從圖3得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(3.8〉再次考慮"的一階近似<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(3.9)因此<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(3.10)例如，如果v'=20m/s(直升機(jī)UAV的巡M度)并且'—2m/s，具有"=0.1。那么分別根據(jù)(3.7)和(3.10)^=297且『=154。區(qū)域覆蓋率是2m/sx154m-307sqm/s。假設(shè)景深為0.4m，地下像素體(pixelvolume)的高度應(yīng)不大于0.2m。對(duì)于5m的透入深度，該地面應(yīng)被切成25個(gè)表面下層，使用對(duì)相應(yīng)的電深度(electricdepth)""調(diào)整的參數(shù)來處理各層。對(duì)于l.5m表面分辨率，水平像素尺寸可以是0'5mx0'5m。一個(gè)航線孔徑以297m/20m/s=15s飛過。在此期間處理的像素總數(shù)為25^297/2乂154/4=1.3"06。4象素輸出率大約為150k像素/s。假設(shè)64位復(fù)數(shù)幅值(complexamplitude)格式，該數(shù)據(jù)輸出率為9.8Mbit/s-可容忍的低數(shù)。對(duì)于這種類型的雷達(dá)，有許多重要的實(shí)際中所關(guān)心的方面。最重要的是波形選擇，由于所需要的大帶寬以及短操作距離，其是關(guān)鍵主題。一個(gè)可能的操作模式是通過脈沖裝置(例如雪崩二極管)生成波形，其發(fā)射持續(xù)時(shí)間等于該帶寬的倒數(shù)。這些裝置一般以地面探測(cè)雷達(dá)GPR所需的體制(regime)來產(chǎn)生平均功率。對(duì)于SAR，延伸的積分時(shí)間平衡在更大區(qū)域上輻射能量的擴(kuò)散，所以功率需求將與GPR相似。因此沖擊(impulse)波形可以是可能的波形候選。沖擊波形仍然需要至少在200Mhz數(shù)字化，這個(gè)速率實(shí)質(zhì)上對(duì)于后續(xù)信號(hào)處理的數(shù)據(jù)傳輸來說太高。作為補(bǔ)救，步進(jìn)頻率波形是有用的。它們要求步進(jìn)式帶寬大到使得允許用于短操作距離的足夠短的脈沖。然而從操作點(diǎn)的角度來考慮15m長(zhǎng)的脈沖可能是容易接收的，允許10Mhz的步進(jìn)式帶寬，即雷達(dá)帶寬的10個(gè)頻率步進(jìn)。沖擊裝置也可用于步進(jìn)頻率操作，但是對(duì)于10個(gè)步進(jìn)將使90%的功率溢出到該接收的帶寬之外。為了功率有效操作，必須實(shí)現(xiàn)線性發(fā)射機(jī)的快iliL射/接收切換，即以大約50ns的切換時(shí)間切換200匪z載波。第二個(gè)實(shí)際的關(guān)心是在SAR配置中減少移動(dòng)的不確定性。必須已知發(fā)動(dòng)。對(duì)于SAR圖像形成對(duì)該移動(dòng)的了解的準(zhǔn)確度必然在波長(zhǎng)的一部分的范圍內(nèi)，比方說0.3m的RMS值。地面平臺(tái)和地面有聯(lián)系的事實(shí)使得可通過幾種方法精確確定其在地面上的移動(dòng)，例如激光移動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。地面和機(jī)載平臺(tái)之間的相對(duì)移動(dòng)比絕對(duì)移動(dòng)更容易估計(jì)。當(dāng)平臺(tái)之間的距離不是非常大時(shí)尤其如此。一個(gè)選項(xiàng)是載波差分GPS，通過其所需求的高相對(duì)準(zhǔn)確度可能是可獲得的。也存在其它的選項(xiàng)，例如波束制導(dǎo)(beamriding)裝置，其中機(jī)載平臺(tái)可感測(cè)從來自地面平臺(tái)的激光束展示的與線性飛行路徑的偏離。權(quán)利要求1.一種表面下成像雷達(dá)裝置，包括發(fā)射單元(9)和接收單元，所述發(fā)射單元被布置成以接近選擇的地面區(qū)域(4)的水平面的選擇的仰角θ(θ)向選擇的地面區(qū)域(4)以波瓣(3，10)發(fā)射第一無線電波信號(hào)，使得相對(duì)于地面的垂直極化信號(hào)中的相當(dāng)大部分的能量被折射進(jìn)入地面區(qū)域(4)連續(xù)分接，其中所述發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)作為相對(duì)于地面的被極化的信號(hào)，使得第一信號(hào)的相當(dāng)大部分的能量折射入地面區(qū)域，其中所述發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)，該第一信號(hào)的波長(zhǎng)比在地面區(qū)域(4)的表面(6)之上的選擇目標(biāo)的尺寸長(zhǎng)，而又足夠短以檢測(cè)表面下的選擇的目標(biāo)(5)，其中所述發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)，該第一信號(hào)具有大于第一信號(hào)中心頻率的10％的帶寬以獲得高距離分辨率，其中所述雷達(dá)裝置是具有與第一信號(hào)的波長(zhǎng)接近或相等的方位向分辨率的波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，以獲得高方位向分辨率，所述接收單元被布置成接收作為來自選擇的地面區(qū)域的反射的第一信號(hào)的第二信號(hào)(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述雷達(dá)裝置是波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，以在所述地表面之下在不同電介質(zhì)深度獲得不同的圖像，給出所述地面區(qū)域的三維成像。3.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述雷達(dá)裝置包括M機(jī)，該M機(jī)包括所iUL射單元和所述接收單元。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述^機(jī)安^飛^f于器上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所^iC射機(jī)包括發(fā)射天線(9)，該發(fā)射天線的垂直延伸小于所發(fā)射的第一信號(hào)的一半波長(zhǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述飛行器從而所述接收機(jī)以鋸齒形方式行進(jìn)，以通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成合成孔徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述雷達(dá)裝置是雙站裝置，該雙站裝置包括在第一位置的M機(jī)和在遠(yuǎn)離所述第一位置的第二位置的接收機(jī)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所U射機(jī)安裝在沿特定的方向以適中的速度移動(dòng)的地面交通工具(8)上，且其中所述接收機(jī)安裝在飛行器(2)上，該飛行器(2)被布置成在發(fā)射地面交通工具之上以鋸齒形方式(1)行進(jìn)，從而通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成合成孔徑。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所ii^射機(jī)包括發(fā)射天線(9)，該發(fā)射天線(9)以布魯斯特角傾斜并垂直延伸到足以使輻射波束垂直方向上窄并使輻射能量到表面波的轉(zhuǎn)換高效。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述接收機(jī)包括接收天線，該接收天線的垂直延伸d、于所發(fā)射的第一信號(hào)的一半波長(zhǎng)。11.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述角e在包括布魯斯特角的角間隔內(nèi)。12.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述發(fā)射單元被布置成發(fā)射第一信號(hào)作為基本垂直于地面區(qū)域而被極化的信號(hào)，即垂直極化信號(hào)。13.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中所述第一信號(hào)的能量的至少10%折射入地面區(qū)域。14.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中當(dāng)所述第一信號(hào)的中心頻率高于200Mhz時(shí)，所述帶寬大于所述第一信號(hào)的中心頻率的10%，以獲得高距離分辨率。15.根據(jù)權(quán)利要求113任一項(xiàng)所述的表面下成像雷達(dá)裝置，其中當(dāng)所述第一信號(hào)的中心頻率在50Mhz到200Mhz之間時(shí)，所述帶寬大于所述第一信號(hào)的中心頻率的25%,以獲得高距離分辨率。16.—種用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，該表面下成像雷達(dá)裝置包括發(fā)射單元(9)和接收單元，所iOC射單元以接近選擇的地面區(qū)域(4)的水平面的選擇的仰角e(e)向選擇的地面區(qū)域(4)以波瓣(3，10)發(fā)射第一無線電波信號(hào)，使得相對(duì)于地面的垂直極化信號(hào)的相當(dāng)大部分的能量被折射進(jìn)入地面區(qū)域(4)連續(xù)分接，其中所述發(fā)射單元發(fā)射第一信號(hào)作為相對(duì)于地面的被極化的信號(hào)，4吏得所述第一信號(hào)的相當(dāng)大部分的能量折射入地面，其中所i^C射單元發(fā)射第一信號(hào)，該第一信號(hào)的波長(zhǎng)比在地面區(qū)域(4)的表面(6)之上的選擇的目標(biāo)的尺寸長(zhǎng)，而又足夠短以檢測(cè)表面下的選擇的目標(biāo)(5),其中所^JC射單元發(fā)射第一信號(hào)，該第一信號(hào)具有大于所述第一信號(hào)的中心頻率的10%的帶寬，以獲得高距離分辨率，其中所述雷達(dá)裝置是具有與所述第一信號(hào)的波長(zhǎng)接近或相等的方位向分辨率的波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，以獲得高方位向分辨率，所述接收單元接收作為來自選擇的地面區(qū)域的反射的第一信號(hào)的第二信號(hào)(ll)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述雷達(dá)裝置是波長(zhǎng)分辨率受限的合成孔徑雷達(dá)，以在地表面之下不同電介質(zhì)深度獲得不同的圖像，給出所述地面區(qū)域的三維成像。18.根據(jù)權(quán)利要求16或17任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述雷達(dá)裝置包括收發(fā)機(jī)，該收發(fā)機(jī)包括所述發(fā)射單元和所述接收單元。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述收發(fā)機(jī)安裝在飛行器上。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所iUC射機(jī)包括發(fā)射天線(9)，該發(fā)射天線的垂直延伸小于所發(fā)射的第一信號(hào)一半波長(zhǎng)。21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述飛行器從而所述接收機(jī)以鋸齒形方式行進(jìn)，以通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成合成孔徑。22.根據(jù)權(quán)利要求16~18任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述雷達(dá)裝置是雙站裝置，該雙站裝置包括在第一位置的4UL機(jī)和在遠(yuǎn)離所述第一位置的第二位置的所述接收機(jī)。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所U射機(jī)安裝在沿特定的方向以適中的速度移動(dòng)的地面交通工具(8)上，且其中所述接收機(jī)安裝在飛行器(2)上，該飛行器(2)被布置成在發(fā)射地面交通工具之上以鋸齒形方式(1)行進(jìn)，從而通過鋸齒形運(yùn)動(dòng)的幅度形成合成孔徑的。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述發(fā)射機(jī)包括發(fā)射天線(9)，該發(fā)射天線(9)以布魯斯特角傾斜并垂直延伸到足以使輻射波束垂直方向上窄并使輻射能量到表面波的轉(zhuǎn)換高效。25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述接收機(jī)包括接收天線，該該接收天線的垂直延伸具有小于所發(fā)射的第一信號(hào)的一半波長(zhǎng)。26.根據(jù)權(quán)利要求16~25任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述角e在包括布魯斯特角的角間隔內(nèi)。27.根據(jù)權(quán)利要求16~26任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所iiJL射單元被布置成發(fā)射所述第一信號(hào)作為基本垂直于地面區(qū)域而極化的信號(hào)，即垂直極化信號(hào)。28.根據(jù)權(quán)利要求16~27任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中所述第一信號(hào)的能量的至少10%折射入地面區(qū)域。29.根據(jù)權(quán)利要求16~28任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中當(dāng)所述第一信號(hào)的中心頻率高于200Mhz時(shí)，所述帶寬大于所述第一信號(hào)的中心頻率的10%,以獲得高距離分辨率。30.根據(jù)權(quán)利要求16~28任一項(xiàng)所述的用于表面下成像雷達(dá)裝置的方法，其中當(dāng)所述第一信號(hào)的中心頻率在50Mhz到200Mhz之間時(shí)，所述帶寬大于所述第一信號(hào)的中心頻率的25%,以獲得高距離分辨率。全文摘要可通過使用衍射受限SAR來概括本發(fā)明，該衍射受限SAR給出使來自地下目標(biāo)的能量在不同深度獨(dú)立聚焦以能夠進(jìn)行3D成像的大積累角和短景深。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)裝置應(yīng)通過考慮以下參數(shù)來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼丈鋷缀渭囱鼋铅鹊倪x擇；適當(dāng)使用低頻衍射受限的SAR處理以獲得3D成像；以及適當(dāng)?shù)牡屠走_(dá)頻率的選擇。文檔編號(hào)G01S13/04GK101256235SQ20071030838公開日2008年9月3日申請(qǐng)日期2007年12月29日優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日發(fā)明者漢斯·赫爾斯滕·穆特博申請(qǐng)人:Saab公司