合成孔径_逆合成孔径和成象雷达_三_

1、义讲座半合成孔径、逆合成孔径和成象雷达三张直中第五章逆合成孔径雷达前面各章讨论的合成孔径均是以地面为目标目的是清晰成象。方法是将雷达装在飞机或卫星等飞行体上。由于雷达相对于地面的运动使地面横向不同尺寸上的各点具有不同的多卜勒频率扰是说同一距离门距离分辨一单元匕勺不同横向尺寸各点有不同的多卜勒变化厉程。将回波信号经参考信号混频和滤波后可得到对应于不同横向尺寸各点的不同频率经模拟式或数字式互相邻接的滤波器组就可将它们分辨开来。于是纵向用大带宽的脉冲压缩技术横向用雷达移动过程相干脉冲列的回波信号的不同多卜勒频率史的处理技术这种技术相当于天线的水平尺寸由于雷达移动而增至很长合成孔径因此使天线有效波束变成极窄波瓣压缩。这样就获得了要观察区域的清晰地形图象。要注意的是当雷达进行合成孔径移动时横向各点的走动应不超过一个距离门这样才能有效地进行相干积累。超过一个距离门后将损坏清晰度。因此必须设法在相干积累时间内对横向各点的距离走动进行补偿。例如在聚束照射模式若要求极高的清晰度例如分辨力为义平方米或更高时通常均会出现相干积累时间内离照射中心点较远区域的距离走动超过一个距离分辨力这样就只能得到一帧中央很清

2、晰愈远愈模糊的地形图因此必须采用距离走动补偿法使整个画面清晰。距离补偿的方法主要可分三种本章逆合成孔径章将介绍其中的一种其余二种在下一载成象雷达章再说。逆合成孔径通常是指固定的雷达对运动的目标进行纵勺和横向二维高分辨力的观测成象。从运动方式来说和合成孔径正好相反但实质相同因不管谁静谁动真正重要的是相对运动。因此这二种原理是基相通的。但用途不同实践中所碰到的问题也有不同解决的方法也就不一样。例如介成孔径雷达装在飞机上对地面成象。由于载机本身的航迹速度等可用载机上的陀螺仪及其他电子设备等测得很精确因此雷达本身的不规则运动可依靠这些信息获得较完美的补偿但若固定在地面的雷达要对航行中的飞机作二维高分辨处理由于飞机的高低变化姿态角度变化和速度变化等对雷达来说是未知的因此就很难获得二维高分辨力的结果。本章第节中将叙述一个对匕机直线航行和转弯航行的二维成象实验。但在某些特殊情况的逆合成孔径例如固定雷达对放在旋转台上的目标物由于相对运动是确知的就能得到极高的二维分辨力和清晰成象。阅此本章就从这种确知的逆合成孔径运动开头。一傲双魂明转汀一军即闰疚等多它移吸卜琢资考勺勺冲冲饰扭鑫鑫经圣圣咫咫吓吓图达固定目

3、标物在波柬内旋转图示意雷达波束对准转台是旋转中心点转轴垂直护平面目标物放在转台假设转台本身对雷达波是透明的不反射。图中表达放置在转台上立体物的加平而投影转台以转速。弧度秒作反时针方向旋转。雷达距转台中心点的距离为心。将转台旋转轴称二轴。将转台上立体物的任一点。互。离雷达的距离表达为仔于。夕。可表达成图所示的。一于是有天二仁艺刀三尸。咔。乞。通常雷达距物体的尺寸总是远大于物体本身尺寸。即有。于是式可近似得澎、夕。上式表明在平面坐标上的任一点。酬立体物的所有高度垂直线上的反射点。万。劝的散射强度均投影迭加到点。万。卜。即。梦。竺。万。之。夕、点的多卜勒频率可求得为兮见一。一一况一。一相干积累时间么很小。第一条使物体的散射强度可从正上方投影到平面上。加上第二条和凡、。、入等参数为已知物体一。夕。投影点散射强度可从接收回波中不同距离和不同多卜勒值的不同幅值和相位中求得。上列条件下的等距离平面是和之轴平行的垂直雷达视线的平面它租夕平面的交线如图所示等多卜勒平面是和轴和雷达视线所组成的平面相平行的平面它和梦平面的交线亦示于图中。提高距离分辨尺寸阶。是靠单个脉冲具有大带宽几即几。横向分辨尺寸阶。孚。

4、从式可知只要我们对多卜勒分辨力奸达到各二。各。入就满足要求。要达到分辨力必须有相干积累时间八于厂。因此有乙户久二入。式中是相千补偿时间内目标物旋转的角度孤度。由式可知横向分辨尺寸正比于久反比于。因此要使横向分辨力高己。小需有大的八。但从式和可看出当么大时左值和值均会有较大变化。它们的变化可能超过式。的阶值和式劝的匀值。这种情况下式和提供的。穿。点的简单分解算法。二一和。“材心。即不再成立。由此可知上列的简单处理方式必须限制相千处理时间八或目标旋转角八使散射点的走动范围不超过距离分辨单元扮和横向分辨单元邑二。从图中可得若。二目标物。与入曰人一一一尹子价雷达接收的回波只在。作为巾心的小时间范围内处理则式可简化成砂二。式于简化成厂二夕。入巧归纳起末是在如下两个条件成立的睛汉、及、体物离的最远点。夕。“二并且心线和万平面角很小。最大横向尺寸则应有八入。或八乙。李同样片力。目标物最大距离尺寸则应有入。乙。即八乙。劝导式代入得入、口、叱八刀入己、。一气一一。由上列各式可得分辨力的限制和目标物最大尺寸的关系式各二入和乙尽入。当要求获得高的横向分辨力时必须要大的八即大的这情况使较大目标面上的外围散射点

5、可能走过几个距离分辨单元和厂或多卜勒分辨单元。用上述二维分开的简单处理法将出现中间清晰愈远愈模糊的图象解决这一弊病的一种方法是第节将探讨采用频域平面的极坐标形式及其相应的处理法。另外图是假设雷达视线和转台处在同一平而上即视线垂直旋转轴。但若旋转轴和雷达视线并不垂直而有一倾斜角则不走出多卜勒分辨单元的限制将不再能用式而要作出修改结果是使允许的相干处理时间更小这将在第一节中探讨。极坐标排列卜处理技术直角坐标处理时分辫力的限制上节曾指出、相干积累时间增大则距转台中心较远的口标散射点在这段时间内在距离上将有较大走动若走动超过一个距离门就不能得到预期的横向分辨力散射点的多卜勒频移经参考信号差拍后仍将有较大名、勒走动一若超过一个多卜勒门也不能获得预期的横向分辨力。也就是积累时间人刃不能大必须满足式和。的条件。要提高分辨力需增大就必须解决八时间内目标任一点汉距汀廷动和或多卜勒走动。下而一首先探讨这些走动然后研究解决走动的一种称为极坐标排列的方法。在图中通常是碟式十茹是雷达至。夕。点的距离如前己列出的式。同样多卜勒厂如前已列出的式解溉些。5In01(5。3)为了能深入探讨设雷达发射的是线性凋频脉冲信一

6、号(这是最常采用的信号形式)。于是科l干脉冲列可表达为P(z)二a(一:T)exp72二f。tY(t一:T)2少(5.14)式。(t)为每个脉冲的幅度加权Y为调频斜率T为脉冲周期f。为载频。令:(x。夕。)表达(x。方。)处的复散射系数则刘一极小而积厅二d夕。)听接收到的信号为:(x。l)尸:(卜廿)了。、。(5。15)式中己将天线增益和电波传播衰减等.均包括在。内。将卜列参号作号(它是发射杭冷延时的共扼形式)121一jZ二f。(t一+兰(t一。T2答一啥2(5。16)和接收信号进行棍频则混频输出的第个脉冲所对应的小散射面积dx。询。的视频信号为ds:=a(x。互。)dx。d夕。1介、_r。_2.2丫t、飞二aL不)expL7“、下宁砂一少夕(5。17)式中、t=t一nT一ZR月C字处理为离散的数码处理本质上并无原则性区别仅在具体实现中各不相同。光学的距离一多卜勒直角坐标处理的记录方式已在第4.4节的图4.8中示出。图中移动的照象软片在垂直向记录阴极射线管每次距离扫描横向移动则记录各次不同的收发输出信号。当这样记录下来的全息照片进行如图4.10的二维光学处理时实质是同时对纵向和横向进行

7、分别处理。这样的处理要求各散射点在处理时间内距离的走动小于一个距离单元乙:多卜勒变化小于一个多卜勒分辨单元(即横向分辨单元乙。)。在第5.1节的讨论中已证明这种纵向和横向二维分别处理的R二R一R月=x0eosot+yoSinot需说明在式(5.17)中发射线性调频脉冲宽度大于旋转物边缘离旋转中心点的时间宽二红丝县丑立一).并。_已将固定相位项忽汉、C产一一”.”、“、略。混频输出的总视频信号可将ds积分得:分辨力是有限的(乙1。)2)入D万(5。12)D=目标物最大距离尺寸、。鑫卫竺4(5。13)S。(t)=1la(x。封。)a(t)exPjZ九(.(x。eosot+夕。5inot)dx。d夕。(5.18)总的目的就是要设法处理这一视频信号去得到口(x。g。)的最佳估计。从接收信号S(t)中经信号处理获得a(x。)散射点的强度现在主要用二种处理方法:一种是光学处理法另一是数字处理法。80年代由于高速大规模集成电路的飞速发展采用数字处理已愈来愈普遍。但为了更能从物理意义上直观地理解极坐标排列(Polarat)较之距离一多卜勒简单直角处理的优越性本节先用光学处理来说明。至于数字处理在以后的

8、章节中将提及。实质上光学处理是连续式模拟处理数D。二目标物最大横向尺寸下面让我们深入分析式(5.18)的接收信号S(t)用图4.8直角坐标记录的情况。这种记录排列的距离坐标为x=s又s二阴极射线管扫描速率(5.19)横向坐标为二藏:二二记录底片横向移动速率(5.20)于是记录底片上的二维空间信号为S(x夕)=A二(x)1la(x。甘。)二_2Zrxb、ex。屯12兀(冬+答二夕)一、。一、入C公s.x。eos.dx。d。0夕2夕F+、。5in(望迎更)扩F(5。21)式中A二(x)为与。(7)相对应的幅度加权。从上式可得等相位式为122“一x)x。cos(.y尸)、二(nZ:。)、ec空2少。51:(曰“)二nZ二t姗一(一孙X。Z刀(5。23)式中月二乙二(5。22)=(x毛+万:)“2刁兀入12一4Ttrb=二一_C工声sU于是一个点散射体在转台上旋转一圈得到的底片上记录的等相位线群将有图5.2所示i几廿形式。羹酬耀嗯酬眼一y图5.2点目标直角坐标的等相位线群、.了JqLa自自:对横向(即g向)小范围来说特别是等相位线斜率较小的区域小范围内的斜率近乎线性这种情况允许将纵向和横向分辨

9、进行二维分开处理。由图5.2可看到具有最大的二维分开处理可能的夕区域为图中万的起始段和中间段这二段的等相位线群近似水平。从前几章的合成孔径雷达这二段相当于左和右正侧视合成孔径雷达的工作区域。但由图5.2可知如果要提高横liJ分辨力即增大夕的处理区域等相位线群将明显地非线性变化这说明直角坐标排列信号可允许夕分开处理只能是很小一段也就是横向分辨力不能很高。这是从物理意义上说明式(5.12)和(5.13)的分辨力的限制。5.2.2极坐标存贮处理技术要消除式(5.12)和(5.13)对分辨力的限制应从旋转物体和总接收视频信息S。(I)的表达式(5.18)去寻求解决方案。该信号若改用记录方式使底片径向坐标为了p=s(t+C丫入)(5底片上的相对角0为八兀口“二玄一拍则从下面的讨论可知底片上记录的二维空间频域信息将能从二维付里叶变换直接获得高分辨力的二维物体图象。式(5.21)和(5.25)的变换的物理意义是将信息用极坐标的形式记录在底片上如图5.3所示。饭坐杯记乐线笨图5.3极坐标记录排J=(”之)rJ分)j:。f:和f:为调须信J号频率的低端和高端123这种极坐标的记录方式可用图5.4的办法。图中视频信号用光强调制的方式在阴极射线管面上作直线显示同时记录底片则以角速度等于旋转物体相同的角速度co旋转。霞达翻无找盛调制胡丁f8象途技铡口了硬斗弓1(朱瓜八图5.4极坐标排列记录系统图5.5点日标采用极坐标后的信号相位记录于是底片一曰己录的信号形式可表达为s(户o。)=刀(:。川心“:。协石)一p(忿子一(。一。、d丁。叮O。(5.26)式中:。和0。为点目标的极坐标A(:。)为图5.3中所示环外为零值的幅度加权函数并且。(。0。)“。(x。万。)。由于S。(。0。)为目标物散射强度a。(:。O。)的二维付里叶变换我们知道简.单的球面透镜就是近似的光学二维付里叶变换器。从式(5.26)可得夕行。O。)的等相位线群为(裂):。一(。一。)4兀丫、。舀百)Lx尸x0一卜夕户从二”艺二下l书0飞2(5.27)它们形成一群等距离间隔的直线如图5.5所示。

《合成孔径_逆合成孔径和成象雷达_三_》由会员f****u分享，可在线阅读，更多相关《合成孔径_逆合成孔径和成象雷达_三_》请在金锄头文库上搜索。