雷达的目标成像技术

制导与控制

雷达的目标成像技术

摘 要 为提高雷达的探测精度,研究了雷达的目标成像技术,并以该技术为代表探讨了合成孔径雷达,介绍了其信号处理技术。

主题词 雷达 合成孔径雷达 信号处理

微波雷达与可见光或红外探测器相比具有探测距离远的优点,但在分辨力方面处于劣势。最近由于发射接收系统的宽带化和脉冲压缩处理技术的进步,在纵向距离的分辨力已提高到数十厘米。而且,利用与探测对象的相对运动,改善在正交纵向距离的横向距离分辨力的合成孔径雷达(SAR)已进入实际应用阶段,安装在卫星上在800km上空能以18m的分辨力观测地面。另外,该雷达在飞机上能以1m的分辨力探测数十公里外的地面目标。本文探讨了利用雷达对目标成像技术的典型代表 合成孔径雷达,介绍了其信号处理技术。1 雷达的成像

关于雷达探测结果的成像,如图1所示各像素在雷达与目标连结方向即纵向和与纵向正交的横向分别用不同的分辨力划分,形成图像。通常在用真实波束形成的图像中,其分辨力在纵向 R由发射信号的带宽B决定;在横向 r由天线波束宽度 天线波束宽度 B决定。B可用天线孔径D按下式求出。

B=D (1)

由式(1)可得

R= (2)2B r= (3)BR=D

式中C为光速, 为发射波长。

纵向距离分辨力的改善可以通过扩大发射信号带宽B来实现。更简单的方法是将发射脉冲宽度变窄。但这种方法会引起平均发射功率下降,信噪比恶化。因此可以采用脉冲压缩技术,即发射用特定信号调制发射脉冲载波的宽带长脉冲信号,接收后进行复调和压缩脉冲宽度。典型的脉冲压缩方式是线性调频方式和使用巴克码的代码调制方式。

横向距离分辨力的改善可通过缩短发射信号载波的波长或者扩大天线的孔径来实现。但缩短发射波长时,由大气引起的电波传输衰减增大,信噪比恶化。而且,天线孔径受使用空间的限制。作为一种解决方法,可以利用雷达与目标的相对运动,记录一个天线孔径接收的时系列信号,正如用多数天线同时接收的信号进行处理,即利用假设的天线孔径合成的合成孔径技术。雷达安装在卫星或飞机上,利用雷达平台的运动称为合成孔径雷达(SAR),利用目标(飞机或舰船)的运动称为逆合成孔径雷达(ISAR)。两者虽有区别,但两种雷达的基本原理相同。利用孔径合成技术与上述脉冲压缩技术的组合,即现在的机载雷达,可以取得分 10

辨力1m左右的电波图像。

2 合成孔径雷达

从接收信号处理的立场说明合成孔径雷达

横向距离分辨力的改善方法。合成孔径雷达的

基本组成如图2所示。按其测绘方式的不同分

类如图3所示。现在考虑如图3(a)所示相对

雷达平台的前进方向用角 (以下称前进角)固

定天线波束,随平台的移动沿前进方向探测平

行带状区域的窄带扫描图,如图3(b)所示随平

台的移动停止天线波束移动进行波束定点扫

描,在该探测时间内,对任意地点连续照射电

波,即探测特定区域的定点扫描图。

设雷达平台以速度 等速直线运动,目标

上的点在时间t=0时前进角为 o、距离为

Ro。此时,在任意时间t雷达和目标点的相对

距离R(t)、瞬时多普勒频率fd(t)可分别用

式(4)和式(5)给出。

2( tsin o)R(t)=Ro- tcos o+2Ro

2图1 像素形成方法 (4)( sin o)tfd(t)= cos (5)o-Ro

由式(5)可知,从目标点接收的信号成为其瞬时多普勒频率随时间变化的代码信号。因为式

(5)中 Ro、 和 为已知或可测量参数,所以瞬时多普勒频率曲线(多普勒过程)可用计算o、

求出。从而对一系列接收信号和具有计算求出的多普勒曲线的参考信号进行相关计算,可以与脉冲压缩情况同样进行横向距离压缩。此时接收信号的多普勒变化量 F可用合成孔径时间T按式(6)给出,因此分辨力 rc变为式(7)。

F=|fd(T/2)-fd(-T/2)| (6)

sin R

oo rc== (7)2 Tsin o

图2 合成孔径雷达的基本组成47

图3 合成孔径雷达的分类

2.1 窄带扫描图

照射波束时分辨2

力最大。美国的SEASAT、日本的浮置1号、法国的EERS 1等现有卫星载合成孔径雷达几乎都是这样设计的。采用这种方法,探测时间T可用天线波束宽度 B和距离Ro控制,其最大值可用式(8)给出。由式(7)可知,合成孔径雷达在天线波束相对前进方向正侧面即 o=

Ro B (8)将式(8)代入式(7)时,横向距离分辨力 rc可用下式求出。

rc=2 (9)B

而且将式(1)代入式(9)时成为,

rc= (10)2

即为使用天线孔径D的一半。在窄带扫描图中,如图3(a)所示,随着平台的移动天线波束逐次通过目标。此时取得的多普勒曲线如图4(a)所示,带宽 F的代码信号随对应各目标点位T=置的时间滞后而平行,利用该时间滞后可以分离目标点。即通过计算的参考信号与接收信号的相关计算,补偿代码,如图4(b)所示相对时间轴进行垂直处理,在时间领域分离目标。由式(10)可知,在窄带扫描图中横向距离分辨力 rc固定,不受距离Ro的影响。

2.2 定 …… 此处隐藏：1840字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……