合成孔径雷达原理
36页1、合成孔径雷达原理合成孔径雷达原理1 1 合成孔径雷达原理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:机载合成孔径雷达的几何关系如图所示:WhrLsWR0rxpLmaxRR0Lminx飞机以速度飞机以速度v va a沿沿x x方向匀速直线飞行,飞行高度为方向匀速直线飞行,飞行高度为 h h,机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方,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。垂直波束角为向地面发射无线电波。垂直波束角为 r r,航向波,航向波 束角为束角为 ,测绘带宽为,测绘带宽为WW,最大合成孔径长度为,最大合成孔径长度为 :L Lmaxmax,最小合成孔径长度为:,最小合成孔径长度为: L Lminmin。被测目标。被测目标 为一理想点目标为一理想点目标p p,p p点与航线点与航线x x的垂直斜距为的垂直斜距为R R0 0。取航线。取航线x x和和R R0 0所构成的平面为坐标平面。所构成的平面为坐标平面。设飞机在设飞机在t=0t=0时处在坐标原点,某一时刻时处在坐标原点,某一时刻t t,飞机,飞机 的位置的位置x xa a=v=va at t。点目标。点目标
2、p p的位置在这个坐标系里是的位置在这个坐标系里是 固定的,(固定的,(x xp p,R R0 0)。在)。在t t时刻,时刻,p p与飞机上雷达与飞机上雷达 天线的斜距天线的斜距R R为:为:一般情况下,一般情况下,则则R R可近似为:可近似为:天线发出的是周期性的相干等幅高频脉冲波,设天线发出的是周期性的相干等幅高频脉冲波,设 其频率为其频率为f f0 0,振幅为,振幅为A A,脉冲重复频率为,脉冲重复频率为f fr r,脉宽,脉宽 为为 。假设发射的为一连续波余弦信号,假设发射的为一连续波余弦信号, 把实际信把实际信 号看成是对连续信号的抽样,其抽样率即为脉冲号看成是对连续信号的抽样,其抽样率即为脉冲 重复频率重复频率f fr r;假定余弦信号的振幅归一化为假定余弦信号的振幅归一化为1 1,起始相位为,起始相位为0 0 ,则有:,则有:, 发射信号发射信号回波信号:回波信号:K K表示由距离表示由距离R R及其他因素引起的对信号幅度的衰及其他因素引起的对信号幅度的衰 减因子,减因子, 0 0为信号往返延迟。为信号往返延迟。,那么,那么,归一化以后有:归一化以后有:这里,这里,取实
3、部后有:取实部后有:这个信号的相位部分由三项组成:这个信号的相位部分由三项组成:原始发射信号的一次相位(线性相位);:原始发射信号的一次相位(线性相位);:是随:是随R R0 0而变的相位项,但与时间无关。对同一而变的相位项,但与时间无关。对同一 垂直斜距的目标来讲,垂直斜距的目标来讲, R R0 0是常数,是常数, 是常数相位是常数相位 ;最重要的相位项最重要的相位项 随时间呈平方律变化的二次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:那么回波的瞬时频率为:f f0 0是发射信号的载频,第二项就是因天线与目标相是发射信号的载频,第二项就是因天线与目标相 对运动而引起的对运动而引起的DopplerDoppler频移,即:频移,即:随时间呈线性变化。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:回波信号是一种线性调频信号,其调制斜率为:回波信号频率ff00tt发射信号相位(线性相位)回波信号相位(二次相位)t0点目标点目标p p引起的引起的DopplerDoppler有一个范围,以有一个范围,以 为中为中 心向正负两方向变化。当心向正负两方向变化。当 时,天
4、线位置正好时,天线位置正好 处在处在p p点与航线的垂直斜距点点与航线的垂直斜距点 ;在;在 时刻以前,时刻以前, ,其最大值发生在:,其最大值发生在:L Ls s为为p p点所在位置的合成孔径长度,点所在位置的合成孔径长度,T Ts s为合成孔径为合成孔径 时间。此时的时间。此时的DopplerDoppler频移为:频移为:在在 时刻以后,时刻以后, 为正,为正,f fd d 为负值,其最大为负值,其最大值发生在值发生在 ,此时的,此时的DopplerDoppler频频 移为:移为:那么点目标那么点目标p p的回波的回波DopplerDoppler频移的带宽为:频移的带宽为:由于由于所以有所以有从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点,即从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点,即这里这里回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲:回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲:假定假定 于是有于是有 ,其频谱为:,其频谱为:利用驻定相位原理来计算上述积分。被积函数的利用驻定相位原理来计算上述积分。被积函数的 相位为相位为 驻定相位点的时刻驻定相位点的时刻t tk k为:为:表示驻定相位点表示驻定相
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