專利名稱：負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诶走_(dá)成像，天線，人造電磁材料領(lǐng)域的交叉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于SAR雷達(dá)成像系統(tǒng)在白天黑夜，有云，霧或煙塵的環(huán)境均能對(duì)地面目標(biāo)成像， 故從20世紀(jì)90年代起受到廣泛重視。20世紀(jì)90年代前半期的衛(wèi)星SAR質(zhì)量輕，體積大， 費(fèi)用高，近年來(lái)的發(fā)展趨向于質(zhì)量輕，體積小，費(fèi)用低，高敏捷，低功耗，且具備多成像模式， 高分辨和對(duì)指定區(qū)域快速響應(yīng)成像能力的敏捷SAR。不管用怎樣的方式，SAR天線及其外圍設(shè)備占了星載SAR系統(tǒng)的大部分重量，而且合成孔徑的大小決定了成像的分辨率。目前提高分辨率的方法就只是增大合成孔徑的長(zhǎng)度，為此設(shè)計(jì)了復(fù)雜的聚束波束成像系統(tǒng)和分布式準(zhǔn)確編隊(duì)的小衛(wèi)星成像系統(tǒng)(每個(gè)小衛(wèi)星被設(shè)計(jì)為一個(gè)大的DBF陣列的一個(gè)單元)。這樣依靠提高設(shè)備的復(fù)雜度的方法，雖然提高了分辨率，但是耗資巨大，同時(shí)復(fù)雜的編隊(duì)模式會(huì)妨礙雷達(dá)成像算法的實(shí)時(shí)性。隨著左手介質(zhì)材料等新型材料的問(wèn)世，采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)成像系統(tǒng)的成像原理可以不依賴于大的合成孔徑便成出任意高分辨率的像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決SAR雷達(dá)成像系統(tǒng)中合成孔徑長(zhǎng)度對(duì)成像分辨率的約束， 即解決只有增大合成孔徑的長(zhǎng)度，才能提高成像分辨率的約束。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，包括采用左手介質(zhì)的雷達(dá)接收天線及射頻單元；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元；控制中心；發(fā)射基帶處理單元；采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元；將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元；所述采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線及射頻單元，采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元和將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元依次連接；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元與產(chǎn)生調(diào)制波的發(fā)射基帶處理單元相連；控制中心分別與圖像處理單元和發(fā)射基帶處理單元相連。根據(jù)本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案是采用的左手介質(zhì)材料是通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上設(shè)計(jì)有序的結(jié)構(gòu)形成人工復(fù)合結(jié)構(gòu)，從復(fù)合結(jié)構(gòu)的每個(gè)單元看其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率均小于零，從而它具有天然材料所不具備的負(fù)折射率的超常物理性質(zhì)。所述負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)是采用左手介質(zhì)材料雷達(dá)天線的新型高分辨率雷達(dá)成像系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案是采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線包括左手介質(zhì)上層板；激勵(lì)天線；所述左手介質(zhì)上層板是左手介質(zhì)板被放置在與激勵(lì)天線輻射口徑平行的并有一定距離的平面處，所述左手介質(zhì)上層板的中間是平面，周邊可以是其它形狀，這里不作規(guī)定。根據(jù)本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案是采用左手介質(zhì)材料
3的雷達(dá)接收天線，依據(jù)左手介質(zhì)上層板與激勵(lì)天線輻射口徑間的距離的不同，左手介質(zhì)上層板可以是高透射率面，也可以是具有不同反射相位的高反射率面，所述高透射率左手介質(zhì)上層板是指照射到左手介質(zhì)上層板入射波的能量的85%以上可以透過(guò)左手介質(zhì)上層板， 所述具有不同反射相位的高反射率左手介質(zhì)上層板是指入射到左手介質(zhì)上層板的入射波的能量的85%以上被反射，反射波的相位可以是不同值。根據(jù)本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案是將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元包括負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的高分辨率成像原理，所述負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的高分辨率成像原理是由于左手介質(zhì)材料的負(fù)折射率的特殊性能，可以使激勵(lì)天線在距目標(biāo)近的距離上成出激勵(lì)天線的像，簡(jiǎn)稱像天線，像天線所在的像平面距目標(biāo)的距離可以通過(guò)調(diào)整左手介質(zhì)材料的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率控制，從而調(diào)整了成像的分辨率的大小，理論上成像分辨率可以精確到一個(gè)點(diǎn)，這從根本上解決了合成孔徑的長(zhǎng)度對(duì)成像分辨率的約束即很小的合成孔徑長(zhǎng)度就可以成出任意高分辨率的像；即采用條帶式成像模式就可以實(shí)時(shí)的獲取任意高分辨率的像。根據(jù)本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案是激勵(lì)天線通過(guò)左手介質(zhì)層成的像平面可以在激勵(lì)天線和目標(biāo)之間，也可以是目標(biāo)在激勵(lì)天線和激勵(lì)天線像平面之間。本發(fā)明的有益的技術(shù)效果是通過(guò)將具有負(fù)折射率的左手介質(zhì)用于雷達(dá)成像系統(tǒng)的接收天線，使激勵(lì)天線在距目標(biāo)近的距離上成出激勵(lì)天線的像，像天線所在的像平面距目標(biāo)的距離可以通過(guò)調(diào)整左手介質(zhì)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率控制，從而調(diào)整了成像分辨率的大小，理論上分辨率可以精確到一個(gè)點(diǎn)，這從根本上解決了合成孔徑的長(zhǎng)度對(duì)成像分辨率的約束即很小的合成孔徑長(zhǎng)度就可以獲得任意高分辨率的像；即采用條帶式成像模式就可以實(shí)時(shí)的獲取任意高分辨率的像。說(shuō)明書(shū)附1本發(fā)明負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2本發(fā)明負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的帶有左手介質(zhì)材料的接收天線的結(jié)構(gòu)圖；①左手介質(zhì)材料上層板；②激勵(lì)天線；③激勵(lì)天線介質(zhì)底板；圖3本發(fā)明負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元的高分辨率成像原理示意圖；④左手介質(zhì)等效分隔層；⑤激勵(lì)天線成像平面；⑥激勵(lì)天線的像天線；⑦運(yùn)動(dòng)中的雷達(dá)成像系統(tǒng)的激勵(lì)天線在t = t0時(shí)刻的位置；圖4本發(fā)明負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元的 Range-Doppler算法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參照

圖1，本發(fā)明提供的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，包括采用左手介質(zhì)的雷達(dá)接收天線及射頻單元；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元；控制中心；發(fā)射基帶處理單元；采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元；將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元；所述采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線及射頻單元，采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元和將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元依次連接；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元與產(chǎn)生調(diào)制波的發(fā)射基帶處理單元相連；控制中心分別與圖像處理單元和發(fā)射基帶處理單元相連。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明是將具有負(fù)折射率的新型左手介質(zhì)材料(或metamaterial的一種)用于雷達(dá)成像系統(tǒng)的天線，該左手材料①可以是高透射，或高反射率平面，②是激勵(lì)天線，③是激勵(lì)天線所在的介質(zhì)底板。左手介質(zhì)材料是通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上設(shè)計(jì)有序的結(jié)構(gòu)形成人工復(fù)合結(jié)構(gòu)，從復(fù)合結(jié)構(gòu)的每個(gè)單元看其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率均小于零，從而它具有天然材料所不具備的負(fù)折射率的超常物理性質(zhì)。請(qǐng)參照?qǐng)D3，本發(fā)明的將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元的高分辨率成像原理示意圖。天線是雷達(dá)成像系統(tǒng)的核心，帶有左手介質(zhì)材料的天線的載體以速度i；運(yùn)動(dòng)，形成了所示的左手介質(zhì)分隔層④。左手介質(zhì)分隔層的厚度為d，其相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率分別為ε ρ μΓθ激勵(lì)天線⑦距左手介質(zhì)分隔層的距離為(V假設(shè)激勵(lì)天線在、_ δ時(shí)刻處于相位中心點(diǎn)0的位置，目標(biāo)點(diǎn)在0'點(diǎn)，如果沒(méi)有左手介質(zhì)分隔層，要在距激勵(lì)天線徑向距離為R的地面上，成像分辨率達(dá)到δ χ,其聚束波束合成孔徑的波束寬度應(yīng)該是2 θ 0, 聚束波束合成孔徑的長(zhǎng)度約是L= λ R/δ χ，其中λ是工作波長(zhǎng)。條帶合成孔徑的長(zhǎng)度要求會(huì)更長(zhǎng)。如果加上高透射的左手介質(zhì)隔離層，同樣波束寬度的電磁輻射經(jīng)左手介質(zhì)負(fù)折射率折射后，激勵(lì)天線⑦可以在平面⑤上成像，其像天線為⑥，這樣照射到目標(biāo)上的電磁波就像是位于像平面上的像天線發(fā)出的波一樣，由于像平面可以設(shè)計(jì)的離目標(biāo)很近，所以其分辨率δχ'可以成倍的小于原始SAR成像的δ χ，當(dāng)像平面穿過(guò)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，其成像分辨率可以是零。由以上分析可知，由于引入了左手介質(zhì)隔離層，所以產(chǎn)生了激勵(lì)天線的像天線，從而提高了分辨率，分辨率的高低可以由調(diào)控像平面距目標(biāo)的距離而定，而不再像SAR系統(tǒng)一樣，分辨率依賴于合成孔徑天線的波束寬度，即合成孔徑的長(zhǎng)度。所以既使我們使用了波束寬度大于2 θ ^的天線，只要調(diào)整好左手介質(zhì)隔離層的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率，我們就可以從回波中直接實(shí)時(shí)的得到所需要的高分辨率圖像?；谠摪l(fā)明的方法設(shè)計(jì)的雷達(dá)成像系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)成合成孔徑成像模式，使單雷達(dá)成像系統(tǒng)僅采用條帶成像模式就可以在小的合成孔徑長(zhǎng)度下得到任意高分辨率，而且條帶成像模式也比較容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。這樣避免了采用復(fù)雜的成像模式，就可以得到任意高分辨率。電磁波經(jīng)負(fù)折射率隔離層的傳播路徑及雷達(dá)成像系統(tǒng)雙程相移的計(jì)算方法如下。電磁波經(jīng)負(fù)折射率隔離層的波的傳播路徑由以下公式?jīng)Q定k0sin θ 0 = -kpin θ 工，其中θ ^為激勵(lì)天線的半波束寬度和Q1為以θ ^為入射角的電磁波照射到左手介質(zhì)材料時(shí)的折射角。1 = ω/C(1，其中Ctl為光速，ω為工作頻率。
中、為左手介質(zhì)材料的等效介電常數(shù)，μ ^為左手介質(zhì)材料的等效磁導(dǎo)率。雷達(dá)成像系統(tǒng)發(fā)射天線是含左手介質(zhì)材料的天線的雙程相移的計(jì)算方法e-j2k0(d0+d+F+R')/cos0o ^lkQdZcoseoe-JlklCi Zcosel
雷達(dá)成像系統(tǒng)發(fā)射天線不是含左手介質(zhì)材料的天線的雙程相移的計(jì)算方法e~Jk0d01 cos 6>o-jk0F / cos θ0-jk0R' / cos(d0 +d+F+R') / cos θ0 ejk0d / cos θ0 e-jkxd / cos請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明的將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元的Range-Doppler 算法流程圖基于該發(fā)明的設(shè)計(jì)方法與合成孔徑成像相結(jié)合的成像算法可用標(biāo)準(zhǔn)的 Range-Doppler成像算法流程。
權(quán)利要求
1.負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)包括采用左手介質(zhì)的雷達(dá)接收天線及射頻單元；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元；控制中心；發(fā)射基帶處理單元；采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元；將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元；所述采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線及射頻單元，采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元和將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元依次連接；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元與產(chǎn)生調(diào)制波的發(fā)射基帶處理單元相連；控制中心分別與圖像處理單元和發(fā)射基帶處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述左手介質(zhì)材料是通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上設(shè)計(jì)有序的結(jié)構(gòu)形成人工復(fù)合結(jié)構(gòu)，從復(fù)合結(jié)構(gòu)的每個(gè)單元看其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率均小于零，從而它具有天然材料所不具備的負(fù)折射率的超常物理性質(zhì)。所述負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)是采用左手介質(zhì)材料雷達(dá)天線的新型高分辨率雷達(dá)成像系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1與2所述的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線包括左手介質(zhì)上層板；激勵(lì)天線；所述左手介質(zhì)上層板是左手介質(zhì)板被放置在與激勵(lì)天線輻射口徑平行的并有一定距離的平面處，所述左手介質(zhì)上層板的中間是平面，周邊可以是其它形狀，這里不作規(guī)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線，其特征在于，所述采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線，依據(jù)左手介質(zhì)上層板與激勵(lì)天線輻射口徑間的距離的不同，左手介質(zhì)上層板可以是高透射率面，也可以是具有不同反射相位的高反射率面，所述高透射率左手介質(zhì)上層板是指照射到左手介質(zhì)上層板入射波的能量的85%以上可以透過(guò)左手介質(zhì)上層板，所述具有不同反射相位的高反射率左手介質(zhì)上層板是指入射到左手介質(zhì)上層板的入射波的能量的85%以上被反射，反射波的相位可以是不同值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元包括負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的高分辨率成像原理，所述負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的高分辨率成像原理是由于左手介質(zhì)材料的負(fù)折射率的特殊性能，可以使激勵(lì)天線在距目標(biāo)近的距離上成出激勵(lì)天線的像，簡(jiǎn)稱像天線，像天線所在的像平面距目標(biāo)的距離可以通過(guò)調(diào)整左手介質(zhì)材料的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率控制，從而調(diào)整了成像的分辨率的大小，理論上成像分辨率可以精確到一個(gè)點(diǎn)，這從根本上解決了合成孔徑的長(zhǎng)度對(duì)成像分辨率的約束即很小的合成孔徑長(zhǎng)度就可以成出任意高分辨率的像；即采用條帶式成像模式就可以實(shí)時(shí)的獲取任意高分辨率的像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)反射率雷達(dá)成像系統(tǒng)的圖像處理單元的高分辨成像原理， 其特征在于，所述激勵(lì)天線通過(guò)左手介質(zhì)層成的像平面可以在激勵(lì)天線和目標(biāo)之間，也可以是目標(biāo)在激勵(lì)天線和激勵(lì)天線像平面之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了負(fù)折射率雷達(dá)成像系統(tǒng)。包括采用左手介質(zhì)材料的雷達(dá)接收天線及射頻單元；雷達(dá)發(fā)射天線及射頻單元；控制中心；發(fā)射基帶處理單元；采集回波數(shù)據(jù)的圖像采集單元；將采集的回波數(shù)據(jù)成像的圖像處理單元；本發(fā)明通過(guò)將具有負(fù)折射率的左手介質(zhì)用于雷達(dá)成像系統(tǒng)的接收天線，使激勵(lì)天線在距目標(biāo)近的距離上成出激勵(lì)天線的像，像天線所在的像平面距目標(biāo)的距離可以通過(guò)調(diào)整左手介質(zhì)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率控制，從而調(diào)整了成像分辨率的大小，理論上分辨率可以精確到一個(gè)點(diǎn)，這從根本上解決了合成孔徑的長(zhǎng)度對(duì)成像分辨率的約束即很小的合成孔徑長(zhǎng)度就可以獲得任意高分辨率的像；即采用條帶式成像模式就可以實(shí)時(shí)的獲取任意高分辨率的像。
文檔編號(hào)G01S7/02GK102230965SQ201110072610
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者李亞丁 申請(qǐng)人:李亞丁