一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法转让专利
申请号 : CN202010011399.9
文献号 : CN111273234B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 徐伟 , 胡家洛 , 黄平平 , 谭维贤 , 董亦凡 , 洪文 , 张振华
申请人 : 内蒙古工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法,其特征在于,包括如下步骤:确定雷达系统的实际脉冲重复频率;
根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式,并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调整,以获得当前工作的接收天线;
利用发射天线发射信号,并利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径的各接收阵元接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号;
其中:
所述确定雷达系统的实际脉冲重复频率包括:确定接收天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒带宽;
基于所述天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒带宽计算获得所述实际脉冲重复频率;
所述根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式,具体包括:
确定接收天线中各接收子孔径的初始相位中心间距;
根据所述初始相位中心间距以及接收天线最大关闭接收阵元比例确定接收子孔径的相位中心间距的最大值和最小值;
基于所述相位中心间距的最大值和最小值确定理想脉冲重复频率的最大值PRFopt_max和最小值PRFopt_min;
基于所述相位中心间距的最大值、相位中心间距最小值、理想脉冲重复频率的最大值PRFopt_max、理想脉冲重复频率的最小值PRFopt_min、发射天线的长度以及发射天线最大关闭发射阵元比例分别确定发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRFmax和发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRFmin;
将所述实际脉冲重复频率PRF与所述理想脉冲重复频率的最大值PRFopt_max、理想脉冲重复频率的最小值PRFopt_min、所述理想脉冲重复频率PRFopt、所述发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRFmax和所述发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRFmin进行比较,获得比较结果,基于所述比较结果确定各所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述比较结果确定所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式,具体包括:若PRFmin
若PRFopt_min<PRF
若PRFopt<PRF<PRFopt_max;则减少接收子孔径的相位中心间距;
若PRFopt_max<PRF
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最大调整间距,具体包括:
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量;
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量;
根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量,对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭,以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最大调整间距;
其中,各所述接收子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端,指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,增加接收子孔径的相位中心间距,具体包括:根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量;
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量;
根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量,对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭,以增加接收子孔径的相位中心间距;
其中,各所述接收子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端,指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,减少接收子孔径的相位中心间距,具体包括:根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量;
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量;
根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量,对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭,以减少接收子孔径的相位中心间距;
其中,各所述接收子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端,指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最小值,具体包括:
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量;
根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量;
根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量,对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭,以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最小调整间距;
其中,各所述接收子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端,指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在PRFmin
确定每次发射脉冲时发射天线的相位中心的步进大小以及移动方向;
基于所述初始位置、所述步进大小以及所述移动方向,确定每次发射脉冲时所对应的发射天线的相位中心的目标位置;
基于发射天线的相位中心的各目标位置确定工作的发射阵元,以在每次发射脉冲时关闭非工作发射阵元后进行信号发射。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在利用所述工作的接收天线接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号之前,所述方法还包括计算雷达系统的方位模糊度,以在验证所述方位模糊度满足要求时,进行信号的接收和发射。
说明书 :
一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法
技术领域
背景技术
查、政府公共决策、战场侦查等重要领域。现代空间对地观测任务对SAR系统的分辨率和测
绘带宽度提出了越来越高的要求,但是由于系统固有的约束,传统单通道SAR系统无法同时
获得高的分辨率和宽测绘带的SAR图像。而采用方位多通道SAR系统是实现高分辨率宽测绘
带对地观测的有效途径。工作于偏置相位中心模式的方位多通道合成孔径雷达在发射端采
用部分孔径(或全孔径展宽)产生一个宽发射波束,接收端采用沿方位向线性排列的多个相
位中心进行接收,成倍地增加了采样点数,有效地克服了单通道SAR系统分辨率和测绘带宽
度之间的矛盾,实现了高分辨率宽测绘带成像。
理想值时,才能在方位向获得均匀采样。而实际系统PRF的取值往往造成方位向等效采样点
的非均匀分布,导致在成像结果中出现方位向虚假目标,严重降低成像质量,故需要引入重
建滤波器对信号重建,但是重建滤波器并不适用于非带限信号,并且会造成系统方位模糊
度和信噪比损失的提高,因此现有的合成雷达系统无法获得均匀的采样信号。
发明内容
行调整,以获得当前工作的发射天线;
闭发射阵元比例分别确定发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRFmax和发射天线可补
偿的脉冲重复频率的最小值PRFmin;
冲重复频率的最大值PRFmax和所述发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRFmin进行比
较,获得比较结果,基于所述比较结果确定各所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式。
量;
量;
量;
量;
由此可以有效地克服了由于脉冲重复频率PRF取值问题引起的非均匀采样问题,能够获得
均匀的采样信号,进而能够提高后续的成像质量。
附图说明
具体实施方式
其他修改。
的原理。
位于借此所限定的保护范围内。
不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此,本文所申请的具体的结构性和功能性细
节并非意在限定,而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以
实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。
收子孔径的相位中心间距的调整方式,并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调整,
以获得当前工作的接收天线;利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径中的各接收阵
元接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号。
天线;
式,并对所述发射相位中心位置进行调整,以获得当前工作的发射天线;
径的相位间距,来使得实际脉冲重复频率与理想脉冲重复频率更加的接近,并通过在每一
次发射脉冲时调整发射相位中心位置,进而在进行信号的收发后能够获得均匀的采样,有
利于提高雷达系统的成像性能。
计,设计天线的总长度La、孔径数N、辐射单元大小de、系统的理想脉冲重复频率,具体包括如
下步骤:
的子孔径个数;
直接计算获得实际脉冲重复频率PRF。
骤如下:
重复频率的最大值PRFopt_max、理想脉冲重复频率的最小值PRFopt_min、所述理想脉冲重复频率
PRFopt、发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRFmax和发射天线可补偿的脉冲重复频率
的最小值PRFmin进行比较,获得比较结果,基于所述比较结果确定各所述接收子孔径的相位
中心间距的调整方式。即通过在每个接收子孔径前端或后端关闭一定数量的接收阵元来调
整接收子孔径的相位中心间距,具体分为以下4种情况:
接收子孔径的相位中心位置的基础上,调整发射天线相位中心可补偿的脉冲重复频率的最
小值, 即PRFopt_min为通过调整子孔径相位中心得到的最小
的理想脉冲重复频率,β为发射天线最大允许关闭的发射阵元比例,La为天线总长度,drx,max
为所述接收子孔径相位中心间距的最大值。即当PRFmin
进一步调整发射天线的发射孔径的相位中心的位置,以进一步的进行补偿。
元的大小,Vst为平台速度,drx为未调整时接收子孔径的初始相位中心间距;实际脉冲重复
频率PRF。
率PRF。
整接收子孔径的相位中心位置的基础上,调整发射天线相位中心可补偿的脉冲重复频率的
最大值, PRFopt_max为通过调整子孔径相位中心得到的最大
的理想脉冲重复频率,β为发射天线最大允许关闭的发射阵元比例,La为发射天线长度,
drx,min为所述接收子孔径相位中心间距的最小值。即当PRFopt_max<PRF
距,还要进一步调整发射天线的发射孔径的相位中心的位置,以进一步的进行补偿。
间距之前,各接收子孔径的相位中心位置位于图中o处(图中实线位置),当通过关闭各接收
子孔径的两端的若干阵元后(即关闭图2中阴影位置处的接收阵元),各接收子孔径的相位
中心位置分别由o处调整至o’(图中虚线位置)处,由此实现调整相位中心间距,在图2中通
过所示的关闭接收阵元的方式,相邻两个接收子孔径的相位中心间距减小了Δdrx。
间距可获得的理想PRF范围,也就是在PRFmin
需要在每一次发射脉冲时调整发射相位中心的位置,从而使信号采样点均匀分布。即,在上
述完成对接收子孔径相位中心间距的调整后,就可以进一步设计发射天线,发射天线中只
有一个发射孔径,在PRFopt_min<PRF
及所述相位中心的移动方向,确定每次发射脉冲时所对应的发射天线的相位中心的目标位
置,基于各发射天线的相位中心的目标位置确定工作的发射阵元,以在每次发射脉冲时关
闭非工作发射阵元后进行信号发射。具体步骤如下:
元的数量来实现的,q(0)计算公式为:
闭发射单元的最大比例,La为发射天线长度,de表示发射天单元大小。本步骤中通过关闭预
定数量的发射阵元,就能将发射天线相位中心从原来的中心位置调整至‑β·La/2或β·La/2
处。
子孔径的左端阴影部分的若干阵元后,相位中心位置分别有o处调整至o’(图中虚线位置)
处。当通过关闭发射子孔径的右端阴影部分的若干阵元后,相位中心位置分别由o处调整至
o’处,因此实现了将发射天线相位中心从原来的中心位置调整至‑β·La/2或β·La/2处。
距的最大值,drx,min为接收子孔径相位中心间距的最小值,N为接收子孔径个数。
PRF )为上一脉冲发射时刻的发射相位中心位置,drx,max为接收子孔径相位中心间距的最大
值,drx,min为接收子孔径相位中心间距的最小值。
的发射天线相位中心的位置,de为发射阵元的大小。
可以获得均匀的采样。
效采样中心位置,使其均匀分布,有效提升了成像质量。在初步设计好天线基本参数后,首
先通过关闭每个接收子孔径两端的一定数量的接收单元,达到改变接收子孔径相位中心位
置的目的,通过改变接收子孔径的相位中心间距,可以调整脉冲重复频率PRF的理想值,使
其尽可能接近实际PRF;如果仅调整接收相位中心不能够完全补偿非理想PRF造成的非均匀
采样,则再进一步调整发射相位中心位置,调整对于不同的发射脉冲,发射相位中心在天线
上的位置都有一定的变化,从而使等效采样中心均匀分布。
进行步骤S4:多普勒处理带宽确定,根据天线方位模糊度调整多普勒处理带宽,具体步骤如
下:
为载波波长,θ为斜距平面内测得的与视线的夹角,Mn,fore和Mn,aft分别为接收子孔径n前端和
后端关闭的阵元数,de为每个阵元的大小,La为天线总长度,q(t)为非工作发射阵元的数量。
模块度AASR,若计算出的方位模糊度AASR低于预设值,则可以利用上述设计/调整好的放射
天线和接收天线进行信号收发。
性能。并且,本发明中由于获得的方位向采样是均匀的,故在信号处理中省去了信号重建环
节,提高了系统处理效率并避免了重建滤波器带来的性能损失。除此之外,本发明对天线相
位中心的调整是通过采用普通的相控阵天线实现的,因此不需要引入其它设备,故具有成
本低的特点。
种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。