[发明专利]合成孔径雷达脉间移相方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达(SAR)系统技术领域，SAR是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波侧视成像雷达。

背景技术

合成孔径雷达是对地观测技术中最具竞争力的手段之一。SAR安装在飞机、导弹、卫星以及其他空间飞行器上，随平台运动获得雷达图像。现在被广泛应用于测绘、灾情监测、战场侦察、末制导、资源勘探、水文地质勘察等国防和国民经济中的许多领域。

自20世纪50年代发明以来，至今合成孔径雷达(SAR)已获得飞跃式的发展，其工作模式、体制也不断扩展，主要的工作模式有条带合成孔径雷达(SAR)、聚束合成孔径雷达(SAR)、扫描合成孔径雷达(SAR)、多波束合成孔径雷达(SAR)、分布式合成孔径雷达(SAR)等，分别侧重提高系统的分辨率、测绘带宽等技术指标。下面简介现有各种SAR模式的改进和不足之处。

条带合成孔径雷达(SAR)是应用最广泛的一种模式。如图1所示，是条带合成孔径雷达(SAR)的示意图，其基本原理是，成像的对象是与雷达飞行方向平行的条带，通常是地面，在数据采集期间，雷达天线的指向固定不变，天线波束扫过的区域与运动平台的运动轨迹始终保持平行。条带合成孔径雷达(SAR)适于一般需求的机载和星载合成孔径雷达(SAR)对地观测。在某些军事应用中，对合成孔径雷达(SAR)的空间分辨率提出了很高的要求，例如0.3m，甚至0.1m。条带合成孔径雷达(SAR)方位向的理论极限分辨率约为天线方位向尺寸的一半。如果按照这个标准去选取过小的天线尺寸，则有两个难以克服的难题：一是很难提高发射功率到有较远的作用距离；二是难以满足模糊性限制条件，雷达图像质量降低。

聚束合成孔径雷达(SAR)突破条带合成孔径雷达(SAR)方位分辨率的理论限制，即可采用较大的天线尺寸，是实现高分辨率成像的常用模式。如图2所示，是聚束合成孔径雷达(SAR)的示意图，其基本原理是，在合成孔径时间内控制雷达天线波束的指向，使它一直照射地面的同一区域，较长时间照射所关注的成像地区，从而增加了孔径时间，得到比一般条带合成孔径雷达(SAR)更宽的多普勒带宽，提高了方位向的分辨率。在系统实现时，聚束合成孔径雷达(SAR)采用机械扫描、或电子扫描来实现，机械扫描会增加天线波束指向控制的复杂性，电子扫描则需要采用相对复杂的相控阵天线，此外，合成孔径雷达(SAR)以聚束模式工作时不能形成连续的地面观测带，这在许多应用中是不能令人满意的。

如图3所示，是扫描合成孔径雷达(SAR)的示意图，其主要目的和用途是实现超宽测绘带成像。特点是在雷达数据采集期间，雷达天线指向按照某种规律扫动，其大致说来，有几个子测绘带，其总测绘带宽度就增加几倍，而其方位向分辨率至少也要下降几倍。实现超宽测绘带成像的代价是方位向分辨率下降。

为提高方位分辨率，新的模式也不断出现：如多波束SAR技术采用多口面天线阵列，系统基本工作模式为：由一个子天线发射，由多个等间隔子天线同时接收，发射与接收时波束宽度相同，图4是三波束的原理示意图；再如分布式合成孔径雷达(SAR)系统突破单基模式的雷达系统，其收发装置不再是一体的，接收机和发射机空间分离，可以分开安置于多个载体上。

上述提高合成孔径雷达(SAR)方位分辨率的方法的实现是依靠增加天线控制、天线稳定平台控制、天线或运载平台的复杂性来获得的，随之带来的是系统复杂性的提高和系统实现难度增大。

发明内容

本发明方法的主要目的是提高合成孔径雷达方位向分辨率，即可采用较大的天线尺寸，去获得更高的分辨率。进而形成高质量的雷达图像，获得更具体详细的对地观测信息。

本发明方法的又一目的在于实现对现有合成孔径雷达(SAR)工作模式的突破，既不像聚束模式增加对目标的照射时间，也不像多波束模式需要多个子天线，也不像分布式模式需要多个载体的配合。本发明基于对信号相位的控制，相对简单完成对方位向信号带宽的展宽。直接实现对条带合成孔径雷达分辨率极限的突破。

本发明方法的又一目的在于方位信号带宽扩展的灵活性。在方位采样带宽限制条件内，选择合适的k(如1、2、3)，就可以避免天线方位向尺寸对方位分辨率的理论约束，成倍地提高合成孔径雷达(SAR)方位向的理论分辨率。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种合成孔径雷达脉间移相方法，其对机载脉冲发生器发射的不同脉冲信号的初始相位进行移相，来展宽合成孔径雷达在随平台运动过程中自然形成的多普勒回波信号的带宽，从而提高方位向分辨率，制作出方位向高分辨率的图像。