一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，由雷達(dá)綜合電子單元和數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，雷達(dá)綜合電子單元產(chǎn)生并輻射交替脈沖組雷達(dá)信號(hào)，然后接收地物散射的回波信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元實(shí)時(shí)采集接收機(jī)處理后的回波信號(hào)，完成交替脈沖組回波到單脈沖回波信號(hào)的轉(zhuǎn)換；最后采用成像算法，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。本發(fā)明提供的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在降低發(fā)射機(jī)峰值功率的同時(shí)，保證了雷達(dá)的最遠(yuǎn)作用距離，以及解決了寬測(cè)繪帶情況下近距離回波信號(hào)的飽和問題。
【專利說明】一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar-SAR)領(lǐng)域,特別涉及一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)是一種微波遙感成像設(shè)備。它能夠獲取地物的二維散射系數(shù)分布圖像，具有全天時(shí)、全天候工作的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用遍及國防和民用等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮了巨大的作用。
[0003]合成孔徑雷達(dá)一般采用線性調(diào)頻脈沖信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，然后通過脈沖壓縮技術(shù)獲取距離向的高分辨率，這種技術(shù)可以極大降低雷達(dá)發(fā)射機(jī)的峰值功率(從MW量級(jí)到KW量級(jí))，即通過采用線性調(diào)頻信號(hào)、脈沖壓縮技術(shù)達(dá)到低發(fā)射機(jī)峰值功率和采用窄脈沖、高發(fā)射機(jī)峰值功率得到相同的作用距離。
[0004]采用這種體制的合成孔徑雷達(dá)存在以下幾個(gè)問題:
[0005]1、為了提高作用距離，存在較大的測(cè)距盲區(qū)；
[0006]2、當(dāng)作用距離比較近，而測(cè)繪帶寬很寬的情況下，會(huì)導(dǎo)致近處的目標(biāo)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的問題
[0008]為了克服傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)存在的問題，本發(fā)明提出的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法具有與傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)雷達(dá)系統(tǒng)相同的作用距離，同時(shí)能夠兼顧解決近作用距離信號(hào)飽和的問題。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明提出的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)包括:雷達(dá)綜合電子單元和數(shù)據(jù)處理單元，其中:所述的雷達(dá)綜合電子單元，產(chǎn)生并輻射交替脈沖組射頻信號(hào)，同時(shí)接收地物散射回來的微弱信號(hào)并進(jìn)行放大濾波處理，得到回波信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元，實(shí)時(shí)采集回波信號(hào)并通過波形重組，將得到的脈沖組回波轉(zhuǎn)換成單脈沖回波信號(hào)；最后采用成像算法對(duì)單脈沖回波信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。
[0011](三)有益效果
[0012]本發(fā)明提供的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]I)在保證作用距離不變的情況下，可以降低發(fā)射機(jī)的峰值功率；
[0014]綜合電子單元采用基于收發(fā)交替脈沖組的工作方式，對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)而言，每一個(gè)子脈沖信號(hào)都能夠照射到這個(gè)目標(biāo)，通過信號(hào)處理的方式將它們對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)的回波信號(hào)合并起來，等效于脈沖組中的各個(gè)子脈沖從時(shí)域中合成一個(gè)寬脈沖信號(hào)，直接降低了對(duì)發(fā)射機(jī)峰值功率的要求。
[0015]2)在超寬的測(cè)繪帶的情況下，能夠保證最近作用距離的回波信號(hào)不飽和；[0016]在脈沖組處理過程中，使用的子脈沖個(gè)數(shù)越多，那么回波信號(hào)的強(qiáng)度越強(qiáng)，對(duì)于超寬的測(cè)繪帶情況下，如果采用傳統(tǒng)的單脈沖信號(hào)，那么近距的回波信號(hào)飽和的時(shí)候，可能遠(yuǎn)距的回波信號(hào)還比較小。但是采用脈沖組的好處是:波形重組部分進(jìn)行脈沖組合成處理的時(shí)候，對(duì)于近距的回波信號(hào)可以使用較少的子脈沖信號(hào)，而對(duì)于遠(yuǎn)距離的回波信號(hào)可以使用較多的子脈沖信號(hào)參與合成，從而保證不同作用距離下回波信號(hào)的強(qiáng)度基本保持一致。
[0017]3)能夠用固態(tài)發(fā)射機(jī)代替行波管發(fā)射機(jī)，無需高壓電源，系統(tǒng)的重量降低，同時(shí)可罪性提聞。
[0018]因?yàn)橥ㄟ^增加綜合電子單元輻射交替脈沖組中子脈沖的個(gè)數(shù)可以降低發(fā)射機(jī)的峰值功率，所以可以用峰值功率低而工作比大的固態(tài)發(fā)射機(jī)代替行波管發(fā)射機(jī)，省去高壓電源，直接降低了發(fā)射機(jī)的重量，也不用擔(dān)心低氣壓等應(yīng)用環(huán)境，所以提供了系統(tǒng)的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1示出了本發(fā)明中基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)組成框圖。
[0020]圖2示出了本發(fā)明中基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)時(shí)序圖。
[0021]圖3示出了本發(fā)明中基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理流程圖。
[0022]圖4示出了本發(fā)明中脈沖組回波到單脈沖回波合成流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示是本發(fā)明基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括雷達(dá)綜合電子單元和數(shù)據(jù)處理單元，其中:雷達(dá)綜合電子單元，產(chǎn)生并輻射交替脈沖組射頻信號(hào)，同時(shí)接收地物散射回來的微弱信號(hào)并進(jìn)行放大濾波處理，得到回波信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元，實(shí)時(shí)采集回波信號(hào)并通過波形重組，將得到的脈沖組回波轉(zhuǎn)換成單脈沖回波信號(hào)；最后采用成像算法對(duì)單脈沖回波信號(hào)進(jìn)行處理，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。所述得到回波信號(hào)是在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)信號(hào)發(fā)射以外的時(shí)間接收到的地物回波信號(hào)。
[0025]所述雷達(dá)綜合電子單元由激勵(lì)器、發(fā)射機(jī)、頻率源、天線、接收機(jī)等部分組成，其中:激勵(lì)器，用來產(chǎn)生交替脈沖組的低功率雷達(dá)射頻信號(hào)；發(fā)射機(jī)，用來對(duì)低功率雷達(dá)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出雷達(dá)信號(hào)；頻率源，用來產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的全部頻點(diǎn)；天線，用來發(fā)射和接收雷達(dá)信號(hào)；接收機(jī)，用來對(duì)地物散射回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理。
[0026]所述的數(shù)據(jù)處理單元由高速數(shù)據(jù)采集、波形重組和成像處理單元構(gòu)成，其中:高速數(shù)據(jù)采集，用來采集所述接收機(jī)處理后的信號(hào)；波形重組，用來將交替脈沖組回波合成一個(gè)單脈沖回波；成像處理單元，用來處理合成后的回波數(shù)據(jù)，獲取測(cè)繪區(qū)域雷達(dá)圖像。
[0027]所述輻射交替脈沖組射頻信號(hào)是在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)，發(fā)送兩組N個(gè)寬度相同的子脈沖信號(hào)。所述的子脈沖信號(hào)為具有預(yù)設(shè)定帶寬和時(shí)寬的線性調(diào)頻信號(hào)。
[0028]本發(fā)明提供的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方法為:系統(tǒng)工作啟動(dòng)后，合成孔徑雷達(dá)雷達(dá)激勵(lì)器在脈沖重復(fù)頻率信號(hào)的觸發(fā)下，產(chǎn)生兩個(gè)子脈沖組信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過濾波、正交調(diào)制和功率放大，通過天線輻射出去；地物散射回波信號(hào)經(jīng)過接收機(jī)處理后，由高速數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集，然后將同一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)接收到的脈沖組回波信號(hào)合并成為一個(gè)單脈沖的回波信號(hào)，最后利用成像算法，處理回波數(shù)據(jù)，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。
[0029]本發(fā)明給出的一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)與傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)方式上存在以下的不同:
[0030]1、基帶信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)不同，傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生單脈沖的線性調(diào)頻信號(hào)，而收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生相同帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)脈沖組，跨越的時(shí)間遠(yuǎn)長于單脈沖的寬度。
[0031]2、采樣的點(diǎn)數(shù)很長。信號(hào)帶寬不變的情況下，采樣頻率保持不變，考慮測(cè)繪帶寬和超長的脈沖組的長度，所以采樣的點(diǎn)數(shù)很長。
[0032]3、增加脈沖合成環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)可以直接對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行成像處理；而收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在成像處理前，需要增加一個(gè)環(huán)節(jié):將脈沖組回波信號(hào)合成一個(gè)脈沖的回波信號(hào)。這樣處理一方面可以降低處理的點(diǎn)數(shù)；另一方面可以便于傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)的成像算法處理。
[0033]圖2示出了輻射交替脈沖組的定時(shí)關(guān)系圖。由圖可知，當(dāng)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率信號(hào)到來時(shí)，產(chǎn)生兩組(A組和B組)，每組N個(gè)子脈沖。時(shí)序圖中，高電平表示發(fā)射信號(hào)，低電平表示接收回波信號(hào)。每一個(gè)子脈沖為時(shí)寬、帶寬完全一樣的線性調(diào)頻信號(hào)。第一組中高電平和低電平持續(xù)的時(shí)間相同；第二組的第一個(gè)發(fā)射脈沖后的接收時(shí)間為發(fā)射時(shí)間的兩倍，其他各子脈沖等間隔分布。圖2中PRF為脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repeative Frequency-PRF),T表示子脈沖的時(shí)寬。
[0034]圖3示出了基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理的流程圖，其步驟如下:
[0035]步驟a:從高速數(shù)據(jù)采集模塊獲取兩路正交的基帶回波信號(hào)數(shù)據(jù)，然后將兩組脈沖合成為單脈沖回波信號(hào)；
[0036]步驟b:采用合成孔徑雷達(dá)成像算法，處理回波數(shù)據(jù)，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。
[0037]圖4示出了本發(fā)明中交替脈沖組回波到單脈沖回波合成流程圖，具體步驟為:
[0038]步驟1:設(shè)原始回波信號(hào)X，輸入合并次數(shù)η為0，將原始回波信號(hào)X延時(shí)兩個(gè)輻射周期，得到第一延時(shí)信號(hào)X2;
[0039]步驟2:用原始回波信號(hào)X減去第一延時(shí)信號(hào)X2，得到第一差值信號(hào)Y1 ;
[0040]步驟3:將第一延時(shí)信號(hào)X2延時(shí)至B組脈沖的第二個(gè)子脈沖處，得到第二延時(shí)信號(hào)Xn;
[0041]步驟4:用第一差值信號(hào)Y1減去第二延時(shí)信號(hào)Xn，得到第二差值信號(hào)Y2 ;
[0042]步驟5:將第二差值信號(hào)Y2左移至A組脈沖的第一個(gè)子脈沖處，得到第三延時(shí)信號(hào)
Y.Λη-1，
[0043]步驟6:用第一差值信號(hào)Y1減去第三延時(shí)信號(hào)Xlri，得到第一個(gè)脈沖完整的回波信號(hào)，即為第一個(gè)子脈沖回波信號(hào)Z1 ；
[0044]步驟7:判斷合并次數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果沒有達(dá)到，那么用原始脈沖信號(hào)減去第一個(gè)子脈沖回波信號(hào)Z1，剩下來的信號(hào)作為原始回波信號(hào)X，同時(shí)保留第一個(gè)子脈沖回波信號(hào)Z1，轉(zhuǎn)入步驟1，否則，停止循環(huán)，將每次循環(huán)獲取的單脈沖回波信號(hào)相干疊加得到最終的單脈沖回波信號(hào)Z。脈沖組轉(zhuǎn)換成為單脈沖信號(hào)的過程結(jié)束。
[0045]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于包括雷達(dá)綜合電子單元和數(shù)據(jù)處理單元，其中: 雷達(dá)綜合電子單元，產(chǎn)生并輻射交替脈沖組射頻信號(hào)，同時(shí)接收地物散射回來的微弱信號(hào)并進(jìn)行放大濾波處理，得到回波信號(hào)； 數(shù)據(jù)處理單元，實(shí)時(shí)采集回波信號(hào)并通過波形重組，將得到的脈沖組回波轉(zhuǎn)換成單脈沖回波信號(hào)；最后采用成像算法對(duì)單脈沖回波信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)繪區(qū)域的雷達(dá)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達(dá)綜合電子單元由激勵(lì)器、發(fā)射機(jī)、頻率源、天線、接收機(jī)等部分組成，其中: 激勵(lì)器，用來產(chǎn)生交替脈沖組的低功率雷達(dá)射頻信號(hào)； 發(fā)射機(jī)，用來對(duì)低功率雷達(dá)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大； 頻率源，用來產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的全部相干頻點(diǎn)； 天線，用來發(fā)射和接收雷達(dá)信號(hào)； 接收機(jī)，用來對(duì)地物散射回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理單元由高速數(shù)據(jù)采集、波形重組和成像處理單元構(gòu)成，其中: 高速數(shù)據(jù)采集，用來采集所述接收機(jī)處理后的信號(hào)； 波形重組，用來將交替脈沖組回波合成一個(gè)單脈沖回波； 成像處理單元，用來處理合成后的回波數(shù)據(jù)，獲取測(cè)繪區(qū)域雷達(dá)圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射交替脈沖組射頻信號(hào)是在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)，發(fā)送兩組N個(gè)寬度相同的子脈沖信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述的子脈沖信號(hào)為具有預(yù)設(shè)定帶寬和時(shí)寬的線性調(diào)頻信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于收發(fā)交替脈沖組的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述得到回波信號(hào)是在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)信號(hào)發(fā)射以外的時(shí)間接收到的地物回波信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103728620SQ201410027211
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】李和平, 王巖飛, 劉暢, 韓松, 徐向輝, 周長義, 張建龍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所