專利名稱：一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器及其定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種新的寬帶合成孔徑雷達(dá)外定標(biāo)器。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)采用綜合孔徑原理提高方位向分辨率，而距離向分辨率的提高則求助于脈沖壓縮技術(shù)，由于合成孔徑雷達(dá)可全天時、全天候?qū)Φ爻上?、并具有一定穿透植被和偽裝的能力，因此，被廣泛的應(yīng)用于軍事、海洋、農(nóng)林、資源、災(zāi)害監(jiān)控、地形測繪等領(lǐng)域，并特別受到世界各國的重視。目前，分辨率作為合成孔徑雷達(dá)的核心技術(shù)指標(biāo)之一，已從初期的百米量級，提高到亞米級，例如德國的PAMIR已經(jīng)達(dá)到0.1米。外定標(biāo)技術(shù)作為檢驗合成孔徑雷達(dá)成像分辨率、校準(zhǔn)合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)誤差的主要手段也亟待發(fā)展，適應(yīng)高分辨率、現(xiàn)代模式成像雷達(dá)外定標(biāo)的需求。一般而言，要求外定標(biāo)器的物理尺寸必須小于一個分辨率單元。在這樣的限制條件下，隨著分辨率的提高，傳統(tǒng)無源角反射器的雷達(dá)截面積(RCS)很低，極易被場景雜波所掩蓋，很難適用于高分辨率合成孔徑雷達(dá)的外定標(biāo)測試。相比之下有源定標(biāo)技術(shù)依靠接收并轉(zhuǎn)發(fā)合成孔徑雷達(dá)信號來模擬地面目標(biāo)，因此，只要提高收發(fā)系統(tǒng)的增益就可以獲得較大的RCS，與物理尺寸無關(guān)。同時，在轉(zhuǎn)發(fā)之前可對合成孔徑雷達(dá)信號附加調(diào)制或編碼，增加冗余信息，進一步提高外定標(biāo)信號的信噪比，降低對外定標(biāo)場的要求，滿足現(xiàn)代高分辨率合成孔徑雷達(dá)的外定標(biāo)需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足合成孔徑雷達(dá)高分辨率成像以及諸如對城區(qū)等強地雜波背景成像的外定標(biāo)技術(shù)要求，本發(fā)明的目的是提高有源定標(biāo)收發(fā)系統(tǒng)的增益，獲得較大的雷達(dá)截面積(RCS)，同時，在轉(zhuǎn)發(fā)之前可對合成孔徑雷達(dá)信號附加調(diào)制或編碼，增加冗余信息，進一步提高外定標(biāo)信號的信噪比，降低對外定標(biāo)場的要求，滿足現(xiàn)代高分辨率合成孔徑雷達(dá)的外定標(biāo)需求，為此，本發(fā)明將要提供一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器及其定標(biāo)方法。
本發(fā)明的第一個方面，一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法，如下步驟接收合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，然后進行放大、濾波；對該合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號進行正弦幅度調(diào)制，使得該定標(biāo)器回波信號的方位多普勒頻譜兩側(cè)產(chǎn)生對稱的鏡像頻譜；對該調(diào)制信號進行定量衰減來設(shè)置等效雷達(dá)橫截面積RCS，然后功率放大并轉(zhuǎn)發(fā)回給合成孔徑雷達(dá)；對包含該定標(biāo)器調(diào)制信號的合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進行距離向壓縮后，方位濾波提取該鏡像多普勒頻率。
所述正弦幅度調(diào)制可用壓控衰減器或其它功率衰減可連續(xù)控制的器件實現(xiàn)，應(yīng)滿足如下關(guān)系式Sr(t)＝(1+Acos(ωt))St(t)其中St(t)為接收的合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，Sr(t)為定標(biāo)器調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)回合成孔徑雷達(dá)的信號，A為調(diào)幅指數(shù)，ω為調(diào)制角頻率；調(diào)幅指數(shù)A由壓控衰減器或其他功率可連續(xù)控制器件的最大衰減深度決定，滿足2log((1+A)/(1-A))≤最大衰減深度調(diào)制角頻率ω由合成孔徑雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率PRF及方位多普勒帶寬Δfdoppler決定，應(yīng)滿足2πΔfdoppler≤ω≤PRF/2。
本發(fā)明的第二個方面，一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器包括接收及發(fā)射天線裝置、射頻模塊、調(diào)制模塊；接收天線，發(fā)射天線接收合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號并發(fā)射輸出外標(biāo)定信號，射頻模塊放大、調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，并生成幅度調(diào)制的外標(biāo)定信號；調(diào)制模塊產(chǎn)生壓控信號和數(shù)控信號分別控制射頻模塊的壓控衰減器和數(shù)控衰減器。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明描述了一種基于幅度調(diào)制的有源定標(biāo)器(有源定標(biāo)器Amplitude Modulation Transponder)，該定標(biāo)器簡單易實現(xiàn)，它對接收的合成孔徑雷達(dá)信號進行幅度調(diào)制，然后轉(zhuǎn)發(fā)給合成孔徑雷達(dá)，經(jīng)方位向處理之后，由于調(diào)幅，在原有多普勒頻譜的上下邊帶分別產(chǎn)生鏡像，可提供與地雜波完全分離開來的外定標(biāo)信號，精確地實現(xiàn)一個不受地雜波影響的雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)、天線、傳輸路徑和外定標(biāo)器閉環(huán)測試回路，即使在復(fù)雜、高地物雜波的情況下，也能大大提高外定標(biāo)的精度。利用該鏡像多普勒頻譜，還可以估計出有源定標(biāo)器未調(diào)制回波信號，該信號的相位包含了有源定標(biāo)器到載機平臺的距離信息。因此，結(jié)合差分全球定位系統(tǒng)/捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)DGPS/SINS用卡爾曼濾波的方法還可以高精度的估計出載機平臺的運動軌跡，提高運動補償?shù)木?，這對于高分辨率合成孔徑雷達(dá)十分重要。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖中圖1是本發(fā)明寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框2是本發(fā)明寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)4是本發(fā)明調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)5是經(jīng)本發(fā)明有源定標(biāo)器接受、轉(zhuǎn)發(fā)的未調(diào)制信號頻譜圖6是經(jīng)本發(fā)明有源定標(biāo)器接受、轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)制信號頻譜圖7和圖8是本發(fā)明實施例的有源定標(biāo)器外觀照片
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體說明。應(yīng)該指出，所描述的實施例僅僅視為說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。
根據(jù)本發(fā)明，圖1所示寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖，圖2是本發(fā)明寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中包括接收天線1、調(diào)制模塊2、射頻模塊3和發(fā)射天線4；射頻模塊分別與接收天線的輸出和發(fā)射天線輸入連接，射頻模塊的另一輸入與調(diào)制模塊輸出連接；接收天線1接收合成孔徑雷達(dá)信號，并由發(fā)射天線2發(fā)射輸出外標(biāo)定信號，調(diào)制模塊2用于產(chǎn)生壓控信號和數(shù)控信號控制射頻模塊3；射頻模塊3用于放大、調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，生成調(diào)幅調(diào)制的外標(biāo)定信號，并將該信號放大，放大的增益由數(shù)控信號來控制。調(diào)制模塊產(chǎn)生壓控信號端和數(shù)控信號端分別與射頻模塊的壓控衰減器和數(shù)控衰減器連接，控制射頻模塊的壓控衰減器和數(shù)控衰減器。
根據(jù)本發(fā)明圖3，是發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)圖，圖中包括所述射頻模塊3主要構(gòu)成依次互連為低噪聲放大器21、帶通濾波器22、壓控衰減器23、數(shù)控衰減器24、功率放大器25、隔離器26，其中壓控衰減器23的控制端與調(diào)制模塊2的壓控信號端相連，數(shù)控衰減器24的控制端與調(diào)制模塊2的數(shù)控信號端相連；低噪聲放大器21對來自接收天線1的合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號進行第一級低噪聲放大并輸出至帶通濾波器22；帶通濾波器22抑制輸入信號的帶外雜波，輸出至壓控衰減器23射頻輸入端；壓控衰減器23根據(jù)來自調(diào)制模塊2的壓控信號對射頻輸入端的信號進行相應(yīng)的幅度調(diào)制，并輸出至數(shù)控衰減器24射頻輸入端；數(shù)控衰減器24根據(jù)來自調(diào)制模塊2的數(shù)控信號對射頻輸入端的信號進行相應(yīng)的定量衰減，并輸出至功率放大器25；功率放大器25將輸入的信號進行末級功率放大，輸出至隔離器26；
隔離器26將輸入的信號輸出至發(fā)射天線4，并隔離來自發(fā)射天線4的反射信號及雜波信號。
根據(jù)本發(fā)明圖4，是調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)圖，圖中所述調(diào)制模塊2主要構(gòu)成包括計算機31、串口接口單元32、FPGA波形存儲單元33、時鐘單元34、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路35、濾波單元36、電平轉(zhuǎn)換單元37；計算機31輸入4bit數(shù)控碼和調(diào)制波形碼給串口接口單元32，串口接口單元32的一個輸出端將4bit數(shù)控碼輸出到電平轉(zhuǎn)換單元37的一個輸入端(生成數(shù)控信號)；串口接口單元32的另一個輸出端將調(diào)制波形碼輸出到FPGA存儲單元33的輸入端；FPGA存儲單元33的另一輸入端與時鐘單元34的輸出端相連，控制FPGA存儲單元33的讀取速度輸出；FPGA存儲單元33的輸出端與D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路35輸入端連接，完成調(diào)制波形碼數(shù)字向模擬的轉(zhuǎn)換；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路35的輸出端與濾波單元36的輸入端連接，由濾波單元36濾除高頻噪聲，然后輸入到電平轉(zhuǎn)換單元37，產(chǎn)生壓控信號。
根據(jù)本發(fā)明，一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器實施例的具體設(shè)計如下I.有源定標(biāo)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有源定標(biāo)器工作頻段設(shè)計在X波段，中心頻率為9.8GHz，帶寬為1.6GHz，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1中接收天線1和發(fā)射天線4選擇3dB波束寬度為E面24度H面30度的X波段標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線；圖2的低噪聲放大器21選擇增益大于45dB、噪聲系數(shù)小于2.5dB的寬帶X波段低噪放；帶通濾波器22選擇9.8GHz，帶寬為1.6GHz的腔體帶通濾波器；壓控衰減器23選擇最大衰減深度大于40dB，壓控信號范圍為0-5V的X波段寬帶亞控衰減器；數(shù)控衰減器24選擇4位數(shù)控信號、衰減步進為2dB的X波段寬待數(shù)控衰減器；功率放大器25選擇P1dB大于10dBm的X波段寬待功率放大器；隔離器26選擇工作頻率在X波段。
本發(fā)明一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器的工作前，先由計算機31輸入4bit數(shù)控碼和調(diào)制波形碼給串口接口單元32，串口接口單元32的將4bit數(shù)控碼輸出到電平轉(zhuǎn)換單元37生成數(shù)控信號，設(shè)置射頻模塊3的增益；串口接口單元32的同時將調(diào)制波形碼裝載到FPGA存儲單元33；有源定標(biāo)器工作時，F(xiàn)PGA存儲單元33以時鐘單元34的時鐘頻率，輸出調(diào)制波形碼到D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路35，完成調(diào)制波形碼數(shù)字向模擬的轉(zhuǎn)換，然后輸出到濾波單元36濾除高頻噪聲，然后輸入到電平轉(zhuǎn)換單元37，產(chǎn)生壓控信號。
合成孔徑雷達(dá)信號經(jīng)接收喇叭天線1通過低噪聲帶通濾波器22后，由壓控衰減器23根據(jù)調(diào)制模塊2產(chǎn)生的壓控信號對合成孔徑雷達(dá)脈沖信號進行幅度調(diào)制，再經(jīng)放大后由發(fā)射喇叭天線4發(fā)送至合成孔徑雷達(dá)的載機平臺。
II.有源定標(biāo)器等效雷達(dá)截面積RCS的設(shè)計根據(jù)所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法和所述有源外定標(biāo)器，所述用定量衰減來設(shè)置等效雷達(dá)截面積RCS的步驟包括首先確定有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積RCS由下式確定σ=λ24πGGtrGtr]]>其中σ表示等效雷達(dá)截面積RCS，λ表示合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號的載波波長，G表示有源定標(biāo)器射頻模塊的增益，Gtr表示有源定標(biāo)器收發(fā)天線的增益；用N位數(shù)控衰減器實現(xiàn)定量衰減，數(shù)控衰減信號其N位控制端的高低電平可確定2N個衰減狀態(tài)，可用Nbit數(shù)控碼表示，在本發(fā)明實施例中采用了4位數(shù)控衰減器，故使用4bit數(shù)控碼；由計算機將需要的Nbit數(shù)控碼發(fā)送給調(diào)制模塊，產(chǎn)生并輸出相應(yīng)的數(shù)控衰減信號并輸出到數(shù)控衰減器的控制端，改變有源定標(biāo)器射頻模塊的增益G，從而改變有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積RCS；Nbit數(shù)控碼對應(yīng)2N個不同的等效雷達(dá)橫截面積RCS。
等效雷達(dá)截面積具體的實現(xiàn)是依據(jù)合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的工作參數(shù)，運用雷達(dá)方程，導(dǎo)出有源定標(biāo)器所模擬的目標(biāo)雷達(dá)橫截面積RCS與有源定標(biāo)器系統(tǒng)增益的關(guān)系。
假設(shè)有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積為σ，射頻模塊2的增益為G，根據(jù)有源定標(biāo)器的接收天線1和發(fā)射天線4的E面H面3dB波束寬度可確定其增益為Gtr＝15dB。已經(jīng)知道，有源定標(biāo)器的接收天線1末端接收功率為Prf_in=PtGtGtr(4πR2)λ2]]>其中，Pt為合成孔徑雷達(dá)發(fā)射機輸出功率，Gt為合成孔徑雷達(dá)發(fā)射天線4增益，λ為合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號的載波波長，R為合成孔徑雷達(dá)距測繪帶中心點的斜距，則有源定標(biāo)器轉(zhuǎn)發(fā)的發(fā)射功率為Prf_out＝GPrf_in合成孔徑雷達(dá)接收天線末端的接收回波功率為Pr=Prf_outGtrGr(4πR2)λ2=Prf_inGGtrGr(4πR2)λ2=PtGtGr(4π)3R4λ2(λ24πGGtrGtr)]]>其中Gr為合成孔徑雷達(dá)接收天線增益，單基站情況下Gr與Gt相等。對于雷達(dá)截面積RCS為σc的點目標(biāo)，合成孔徑雷達(dá)接收天線末端的接收回波功率為Pr=PtGtGr(4π)3R4λ2σc]]>因此，所述有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積RCS與有源定標(biāo)器增益的關(guān)系如下σ=σc=λ24πGGtrGtr=G-11.5dB]]>所述有源定標(biāo)器采用4bit數(shù)據(jù)通過串口接口單元2由控制計算機31發(fā)送至調(diào)制模塊2中，經(jīng)電平轉(zhuǎn)邏輯單元35換后形成數(shù)控衰減器控制信號，達(dá)到控制系統(tǒng)增益，實現(xiàn)模擬16個不同RCS點目標(biāo)的功能。
III.有源定標(biāo)器調(diào)幅速率的設(shè)計所述有源定標(biāo)器調(diào)制模塊2采用固定時鐘單元34的時鐘頻率，通過FPGA存儲單元33調(diào)整不同的調(diào)制波形存儲長度來改變調(diào)幅速率，該調(diào)幅速率的選擇取決于多普勒歷史的帶寬以及合成孔徑雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率。
為了保證有源定標(biāo)器對合成孔徑雷達(dá)信號幅度調(diào)制后產(chǎn)生的鏡像多普勒頻譜能夠被無失真的采樣記錄，不產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，，必須滿足合成孔徑雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率PRF值至少是調(diào)制角頻率ω的兩倍，同時ω/2π至少大于合成孔徑雷達(dá)方位多普勒帶寬Δfdoppler，即滿足下式2πΔfdoppler≤ω≤PRF/2在工程上PRF值還應(yīng)該乘以過采樣系數(shù)Ga＝1.2。以0.5米方位向分辨率為例，其多普勒帶寬大約為500Hz，假定調(diào)制速率設(shè)置為625Hz，調(diào)制后帶寬為875Hz，則PRF值理論上最低取1750Hz，工程上應(yīng)至少取2100Hz。
IV.有源定標(biāo)器天線、結(jié)構(gòu)及電源設(shè)計所述有源定標(biāo)器接收天線1、發(fā)射天線4均采用標(biāo)準(zhǔn)角錐喇叭天線，H面、E面3dB波束寬度應(yīng)保證充分的指向?qū)挾龋话闳?yīng)合成孔徑雷達(dá)天線H面、E面3dB波束寬度的5倍，在本實施例中E面和H面3dB波束寬度分別設(shè)計為30°、24°。接收天線1、發(fā)射天線4固定在八角轉(zhuǎn)動平臺上，保持H面平行，E面耦合，轉(zhuǎn)動八角轉(zhuǎn)動平臺可改變接收天線1、發(fā)射天線2的極化方式；接收天線1、發(fā)射天線4的隔離度至少應(yīng)比射頻模塊3、接收天線1、發(fā)射天線4增益之和大10dB，(該描述限定了接收天線1、發(fā)射天線4的空間位置關(guān)系)在本設(shè)計中接收天線1、發(fā)射天線4的間距取30cm，以保證隔離度大于60dB；同時支架結(jié)構(gòu)具有調(diào)節(jié)水平和角度指向的功能，用膠木制成，天線托盤采用鋁合金材質(zhì)，表面加貼薄型x波段吸波材料，可大大減小支架結(jié)構(gòu)對雷達(dá)波的反射。圖7和圖8是本發(fā)明設(shè)計實例的有源定標(biāo)器外觀照片。
有源定標(biāo)器工作電壓為19V-28V，系統(tǒng)總功耗≤500mA，電源模塊采用兩塊12V、40Ah的松下鉛酸蓄電池、并聯(lián)后可提供26伏左右的直流電壓，使用時間最長為80小時，充電時間8小時，可充分保證外場供電需求。
本發(fā)明一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法，原理設(shè)計如下有源定標(biāo)器的原理是通過幅度調(diào)制實現(xiàn)多普勒頻譜的搬移，假設(shè)接收合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射信號為St(t)=u(t)ejωct]]>其中u(t)表示合成孔徑雷達(dá)的寬帶脈沖線性調(diào)頻信號，ωc代表發(fā)射信號載波頻率。經(jīng)過一段時間延遲α′后，有源定標(biāo)器接收信號為Str(t)=u(t-α′)ejωc(t-α′)]]>對接收合成孔徑雷達(dá)信號的正弦幅度進行調(diào)制，調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)給合成孔徑雷達(dá)載機平臺，接收信號可由下式表示Sr={1+Acos(ω(t-α′′))}u(t-α′-α′′)ejωc(t-α′-α′′)]]>=u(t-α)ejωc(t-α)+A2u(t-α)ejωc(t-α)jω(t-α′′)+A2u(t-α)ejωc(t-α)+jω(t-α′′)]]>=u(t-α)ejωe(t-α)+A2u(t-α)ej(ωc-ω)t-j(ωcα-ωα′′)+A2u(t-α)ej(ωc+ω)t-j(ωcα+ωα′′)]]>其中α是脈沖線性調(diào)頻信號從發(fā)射到接收的總時延，ω是幅度調(diào)制的調(diào)制速率，ω由合成孔徑雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率PRF及方位多普勒帶寬Δfdoppler決定，應(yīng)滿足2πΔfdoppler≤ω≤PRF/2調(diào)幅指數(shù)A由壓控衰減器或其他功率可連續(xù)控制器件的最大衰減深度決定，應(yīng)滿足2log((1+A)/(1-A))≤最大衰減深度α″是調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)到合成孔徑雷達(dá)接收的時延，由上式可知，e-j(ωcα±ωα″)是固定的相位差，它在我們的分析中不起重要作用，ej(ωc±ω)t將在多普勒頻譜上下邊帶±ω處產(chǎn)生一對兒鏡像，即使定標(biāo)器的合成孔徑雷達(dá)方位多普勒信號兩側(cè)產(chǎn)生對稱的鏡像頻譜，該鏡像頻譜不包含任何場景雜波。只要合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的PRF值足夠高，滿足奈奎斯特采樣定律，就可以提取由調(diào)幅產(chǎn)生的鏡像多普勒頻譜。
在本設(shè)計實施例中，以頻率為9.8GHz，功率為-40dBm的點頻信號作為有源定標(biāo)器射頻模塊3的輸入信號，設(shè)置調(diào)制速率ω＝625Hz，調(diào)幅指數(shù)A＝0.9，對有源定標(biāo)器的調(diào)制功能作了測試驗證。如圖5是本發(fā)明有源定標(biāo)器接收、轉(zhuǎn)發(fā)的未調(diào)制信號頻譜，圖6是經(jīng)本發(fā)明有源定標(biāo)器接收、轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)制信號頻譜示出。對比圖5和圖6可以看出，在原點頻信號頻率9.8GHz上下兩側(cè)±625Hz處產(chǎn)生了鏡像頻率，并且能量最大的雜波比鏡像頻率低了34dB，這說明有源定標(biāo)器很好的實現(xiàn)了對接收點頻信號的正弦幅度調(diào)制。
所述鏡像多普勒頻譜，還可以估計出有源定標(biāo)器未調(diào)制回波信號，該信號的相位包含了有源定標(biāo)器到載機平臺的距離信息。因此，結(jié)合差分全球定位系統(tǒng)/捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(DGPS/SINS)用卡爾曼濾波的方法還可以高精度的估計出載機平臺的運動軌跡，提高運動補償?shù)木?，這對于高分辨率合成孔徑雷達(dá)十分重要。
上面描述是用于實現(xiàn)本發(fā)明及其實施例，各個步驟均為示例，因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由該描述來限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求來限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法，其特征在于包括如下步驟接收合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，然后進行放大、濾波；對該合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號進行正弦幅度調(diào)制，使得該定標(biāo)器回波信號的方位多普勒頻譜兩側(cè)產(chǎn)生對稱的鏡像頻譜；對該調(diào)制信號進行定量衰減來設(shè)置等效雷達(dá)橫截面積RCS，然后功率放大并轉(zhuǎn)發(fā)回給合成孔徑雷達(dá)；對包含該定標(biāo)器調(diào)制信號的合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進行距離向壓縮后，方位濾波提取該鏡像多普勒頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法，其特征在于所述正弦幅度調(diào)制可用壓控衰減器或其它功率衰減可連續(xù)控制的器件實現(xiàn)，滿足如下關(guān)系式Sr(t)＝(1+Acos(ωt))St(t)其中St(t)為接收的合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，Sr(t)為定標(biāo)器調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)回合成孔徑雷達(dá)的信號，A為調(diào)幅指數(shù)，ω為調(diào)制角頻率；調(diào)幅指數(shù)A由壓控衰減器或其他功率可連續(xù)控制器件的最大衰減深度決定，滿足2log((1+A)/(1-A))≤最大衰減深度調(diào)制角頻率ω由合成孔徑雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率PRF及方位多普勒帶寬Δfdoppler決定，滿足2πΔfdoppler≤ω≤PRF/2。
3.一種寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器，其特征在于，該定標(biāo)器包括接收天線及發(fā)射天線、射頻模塊、調(diào)制模塊；接收天線、發(fā)射天線接收合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號并發(fā)射輸出外標(biāo)定信號，射頻模塊放大、調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號，并生成幅度調(diào)制的外標(biāo)定信號；調(diào)制模塊產(chǎn)生壓控信號和數(shù)控信號分別控制射頻模塊的壓控衰減器和數(shù)控衰減器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器，其特征在于射頻模塊主要構(gòu)成包括依次互連為低噪聲放大器、帶通濾波器、壓控衰減器、數(shù)控衰減器、功率放大器、隔離器；其中壓控衰減器的控制端與調(diào)制模塊的壓控信號端相連，數(shù)控衰減器的控制端與調(diào)制模塊的數(shù)控信號端相連；低噪聲放大器，對來自接收天線的合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號進行第一級低噪聲放大并輸出至帶通濾波器；帶通濾波器，抑制輸入信號的帶外雜波，輸出至壓控衰減器射頻輸入端；壓控衰減器，根據(jù)來自調(diào)制模塊的壓控信號對射頻輸入端的信號進行相應(yīng)的幅度調(diào)制，輸出至數(shù)控衰減器射頻輸入端；數(shù)控衰減器，根據(jù)來自調(diào)制模塊的數(shù)控信號對射頻輸入端的信號進行相應(yīng)的定量衰減，輸出至功率放大器；功率放大器，將輸入的信號進行末級功率放大，輸出至隔離器；隔離器，將輸入的信號輸出至發(fā)射天線，并隔離來自發(fā)射天線的反射信號及雜波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器，其特征在于所述調(diào)制模塊主要構(gòu)成包括計算機、串口接口單元、FPGA波形存儲單元、時鐘單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路D/A、濾波單元、電平轉(zhuǎn)換單元；由計算機輸入數(shù)控碼和調(diào)制波形碼給串口接口單元，串口接口單元的一個輸出端將數(shù)控碼輸出到電平轉(zhuǎn)換單元的一個輸入端，生成數(shù)控信號；串口接口單元的另一個輸出端將調(diào)制波形碼輸出到FPGA存儲單元的輸入端；FPGA存儲單元的另一輸入端與時鐘單元的輸出端相連，控制FPGA存儲單元的讀取速度輸出；FPGA存儲單元的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路D/A輸入端連接，完成調(diào)制波形碼數(shù)字向模擬的轉(zhuǎn)換；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路D/A的輸出端與濾波單元的輸入端連接，由濾波單元濾除高頻噪聲，然后輸入到電平轉(zhuǎn)換單元，產(chǎn)生壓控信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)器，其特征在于所述接收天線、發(fā)射天線采用標(biāo)準(zhǔn)X波段喇叭天線，H面E面3dB波束寬度保證充分的指向?qū)挾龋?yīng)合成孔徑雷達(dá)天線H面、E面3dB波束寬度的5倍；接收天線、發(fā)射天線固定在八角轉(zhuǎn)動平臺上，使得H面平行，E面耦合，接收天線、發(fā)射天線的隔離度至少應(yīng)大于射頻模塊、接收天線、發(fā)射天線增益之和10dB；通過旋轉(zhuǎn)八角轉(zhuǎn)動平臺來調(diào)整接收天線、發(fā)射天線的極化方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述寬帶合成孔徑雷達(dá)的有源外定標(biāo)方法，標(biāo)器，其特征在于所述用定量衰減來設(shè)置等效雷達(dá)截面積RCS的步驟包括首先確定有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積RCS由下式確定σ=λ24πGGtrGtr]]>其中σ表示等效雷達(dá)截面積RCS，λ表示合成孔徑雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號的載波波長，G表示有源定標(biāo)器射頻模塊的增益，Gtr表示有源定標(biāo)器收發(fā)天線的增益；用N位數(shù)控衰減器進行定量衰減，數(shù)控衰減信號其N位控制端的高低電平確定2N個衰減狀態(tài)，用Nbit數(shù)控碼表示；由計算機將需要的Nbit數(shù)控碼發(fā)送給調(diào)制模塊，產(chǎn)生并輸出相應(yīng)的數(shù)控衰減信號并輸出到數(shù)控衰減器的控制端，改變有源定標(biāo)器射頻模塊的增益G，從而改變有源定標(biāo)器的等效雷達(dá)截面積RCS；Nbit數(shù)控碼對應(yīng)2N個不同的等效雷達(dá)橫截面積RCS。
全文摘要
本發(fā)明屬于雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種新的寬帶合成孔徑雷達(dá)外定標(biāo)器及其標(biāo)定方法。對接收合成孔徑雷達(dá)信號的正弦幅度進行調(diào)制，使定標(biāo)器的合成孔徑雷達(dá)方位多普勒信號兩側(cè)產(chǎn)生對稱的鏡像頻譜；利用方位濾波提取鏡像頻率，可將合成孔徑雷達(dá)信號與地物雜波分離。定標(biāo)器主要包括接收、發(fā)射天線，射頻模塊和調(diào)制模塊。本發(fā)明提供了可與地雜波完全分離開來的外定標(biāo)信號，能夠精確地實現(xiàn)一個不受地雜波影響的雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)、天線、傳輸路徑和外定標(biāo)器閉環(huán)測試回路，即使在復(fù)雜、高地物雜波的情況下，也能大大提高外定標(biāo)的精度。
文檔編號G01S13/00GK101082670SQ20061008333
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者喬明, 梁興東, 丁赤飚, 張培杰, 韓冰 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所