《合成孔径雷达原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合成孔径雷达原理（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1合成孔径雷达原理机载合成孔径雷达的几何关系如图所示:飞机以速度V。沿X方向匀速直线飞行，飞行高度为 h,机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方 向地面发射无线电波。垂直波束角为弘，航向波 束角为，测绘带宽为W,最大合成孔径长度为: Lmax,最小合成孔径长度为：Lmino被测目标为 一理想点目标p, p点与航线X的垂直斜距为Ro。 取航线X和RO所构成的平面为坐标平面。设飞机在t=0时处在坐标原点，某一时刻t,飞机 的位置XFWt。点目标p的位置在这个坐标系里是 固定的，（xp, Ro） o在t时刻，p与飞机上雷达 天线的斜距R为：一般情况下，R0D (xa-xp)则R可近似为:（Xa-Xp
2、）22R天线发出的是周期性的相干等幅高频脉冲波，设 其频率为fo,振幅为A,脉冲重复频率为fr,脉宽 为J 假设发射的为一连续波余弦信号，i把实际信 号看成是对连续信号的抽样，其抽样率即为脉冲 重复频率fr； 假定余弦信号的振幅归一化为1,起始相位为0, 则有：a)Q = 2-f0发射信号回波信号:K表示由距离R及其他因素引起的对信号幅度的衰 减因子，为信号往返延迟。oCT.4;rRo _ ；归一化以后有：s厂y2（XaXp）?2Ro这里，八丄fo取实部后有：sr（t） = cosL-2；r（XaXp）2 I这个信号的相位部分由三项组成：二+0）2+3 :原始发射信号的一次相位（线性相位）；2
3、 :是随Ro而变的相位项，但与时间无关。对同一 垂直斜距的目标来讲，Ro是常数，2是常数相位;2代（t J厂Xa=VatXp=Vat0最重要的相位项随时间呈平方律变化的二次相位项那么回波的瞬时频率为：2v；7?4ttR0 2va(t t 广col2f。是发射信号的载频，第二项就是因天线与目标相 对运动而引起的Doppler频移，即：fd =2R 随时间呈线性变化。回波信号是一种线性调频信号，其调制斜率为: 点目标p引起的Doppler有一个范围，以t = 中 心向正负两方向变化。当t = to时，天线位置正好 处在p点与航线的垂直斜距点 fd = o ；在t = 5 时刻以前，t-t 0 T
4、fd0，其最大值发生在：2v2aL /2VaLs为p点所在位置的合成孔径长度，Ts为合成孔径 时间。此时的Doppler频移为:2R2vaLs2a2R oL。 2vJ T, 2Va2R（） 2在,t时刻以后，t t为正，fd为负值，其最大值发生在t = to+ L /2 移为：Va此时的Doppler频L.2v? I；二2va2R0 2那么点目标p的回波Doppler频移的带宽为:fd = fdl _ fd22va T兄R。r十L由于丁严Va食R。Va所以有Afd二2必2R o0r/ R n2v0 o _ a n一7爼Va2从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点,ejKa(t-t0)2这里s
5、r(t)=e2!2!回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲:a(t) = rect(/T 假定 to = O * Xp = O 于是有 s(t) = a(t)eKat ,1,0 t T)=10,tTJ十00其频谱为:S(6?)= j a(t)eK八 ejytdt利用驻定相位原理来计算上述积分。被积函数的 相位为i = t-/rKat2d i cd 2 K(i t = 0o) 2yrKa t =(t)dt驻定相位点的时刻tk为：=気alk+A2SS)二 j a(t)e-j3Ka)dttk -A表示驻定相位点tk附近的时刻。把相位项t-7TKat2在驻定相位点tk展成需级数, 用(t)表示回波信号的
6、相位兀K；f,有2!2!Qt (t)二 ytk (tk)+ (tk)(t tk)-山)2+2!在t-tk很小的条件下，取前三项即可。5)2Qt (t)= Qtk (tR)- (t tk 广2jD(tk)/2(t-tk)2dt那么，tk+AS( P2的区别.多普勒频率变化过程的起始点 和终点不同。邈PI的回波信号的多普勒频率变化过程起始点 为=0 ；目标P2和pi的直线距离AX = X2-X1 ,则P2的回 波信号多普勒频率变化的起始点为：-二从他_kAxW At = t2 - tj =因为Va是常数，所以如果能够区分出At也就是能分 辨Axo从频域角度看：在同一时刻二个回波信号 的瞬时频率不一
7、样，在t时刻飞机的位置为Xa = V对于Pl：fdl2v对于P2:2v,fd2 = 丁汁九 - X2）2vaAx二者之差为:fdl 一 fd2 = （X2 一 Xl）=2R0如果能够分辨这个频率差，也就能分辨 X o分辨频率或分辨时间的途径：混频和相关混频：采用一个具有同样调频斜率的线性调频信 号作为本振信号和二个回波信号Srl(t)及Sr2(t)进行混 频差频+和频信号+低通滤波得到二个恒 定频率(单频)信号pi (fl) ； P2 (f2)。将其振幅归一化后变为矩形振幅的单脉冲信号, 脉宽为Ts (合成孔径时间)。s. (t) = rect()eJ1s2(t) = rect()eJ2tTT
8、s这类脉冲的频谱呈sine型S(血)= f ej6W,teja?tdt = Ts_t /9S 。1从/2Ts/2S2() = f ej2teja?tdt = Ts/_；/2(-2)Ts/22其半功率点宽度均为: 度成反比，即Af Ts带宽与脉冲宽Af = fdl_fd2T2R。 Tsx=1 AR02vaTs 2L设单个天线方位向孔径为Dx，则2R Dx相关技术延迟线Ts/2T/2Ri(C= f srl(t)srI(t + r)dt = f s*!(t)srl(t + r)dt- Ts/2-T/2 2复数形式：srl(t) = ejKatT/2T/2( T R (巧二d叫(+)2“邱干 f eR
9、Kr 二 T sm(nJS其输出自相关函数亦为sine型，峰值点出现 在“0,其第一个零点发生在龙严土龙，即1G = KaTs主瓣宽度为：半功率点一般取主瓣宽度的一半，即1Ar =KaTs第二个目标P2的回波相关函数的形状与第一个完 全相同，只是峰值岀现的时间稍晚，有一个时延 At, At与目标pi、p2的距禺Zkx有如下关系：Va二个峰值可分辨的极限是：第二个峰值的延迟& 应不小于主瓣的半功率点宽度。At 1KaTs时间分辨力=At=1KJ1 2R02 v江1 AR02 vZ单个天线方位向孔径为Dx,2R于是得到空间分辨力为： =Ax=At v = Dsa上述这种聚焦型处理中的自相关过程是等
10、效于匹 配滤波器的。由匹配滤波理论：滤波器的冲激响应h(t)应是输 入信号Si(t)的延时镜像，即h(t) = KSi(t - t)合成孔径雷达的系统考虑1.信号强度：2 2 天线接收的功率Pr为：p严竺空L (4tt)3R4Pt为发射功率(峰值)，G为收发天线增益，。为照射目标区域的RCS。通常此系统采用线性调频 脉冲压缩和合成孔径处理，那么SPtG2o-22=rAfTAfdN(4)3R4kT0BFn采用线性调频脉冲压缩而获得的处理增益为rAf (T脉宽，Af带宽)合成孔径处理获得的处理增益为IAfd 目标被真实天线波束照射的时间：R2T =vaDx 雷达的脉冲重复频率fr至少为最大多普勒频
11、率的 二倍，这样就有：SMfPtG 咕久3N 2(4)3R3kT0BFnDxva 其中PavPt叫，又有： 接收机带宽B选择得与调频带宽相匹配 s _ PavG2cr/3N 2(4)3R3kT0FnDxva把天线增益G用有效孔径Ae来表示：G =S帀 PavDxD；b5 12R3kTnF.v.Z假定天线为椭圆形，半轴尺寸为Dx和D（,利用 系数为50%,则有：A兀Ae = DxDy_oN阕需翳蠶严孑尿銃縣的雷达2.主要参数间的相互制约关系假定飞机高度h和速度Va已经确定，频率已经选 定（fo, X ）,系统设计需要解决：空间分辨 力；测绘带和脉冲重复频率pi回波 t丄P2回波 ht2第一模糊区
12、2R1tl = Trc 2R?t =l2C有可能有：上2-耳引起距离模糊，p2的回波在显 示器上岀现在 r=1 Ifr的选择必须考虑最大作用距离Rnx的要求，即2Rmaxmax对于S AR要求：从测绘带范围内来的目标回波应在同一重复周 期内到达；设测绘带两端最短和最长距离分别为Rl, R2,贝U fr为：(n -l)c2Rnc2RZ由于天线旁瓣发射的能量也照射地面，因而总有 一些回波与测验带来的回波在某一周期内同时到 达天线，从而引起距离模糊。距离模糊比:Rr二 从所有模糊区来的回波输出总功率 从规定的测绘带来的回波输出总功率 口从第一旁瓣引起的模糊区来的回波输出功率 从测绘带来的回波输出功率
