[发明专利]一种超高分辨力合成孔径雷达收发系统

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达技术领域，特别是涉及一种应用于超高分辨力合成孔径雷达(SAR)的收发系统。

背景技术

雷达作为一种先进的探测工具，具有全天时、全天候、远距离获取目标信息的能力。尤其随着科学技术的发展，宽频带微波技术和现代信号处理方法的日趋成熟，现代雷达不仅能够对目标进行定位、监测、跟踪，还能实现对飞机、舰船、空间目标以及地表等物体的成像。雷达图像是根据雷达所照射的场景(目标)的电磁散射特性重构得到的，它包含了目标结构等方面的信息，从而可实现对目标的识别、分类，在军用(战场侦察、目标识别、对地攻击等)和民用(天体观测、地形测绘、海洋观测、农作物评估等)的众多领域具有广泛的应用前景。作为有源成像雷达系统，合成孔径雷达(SAR)是20世纪最先进的工程发明之一，SAR微波成像不受云雾、黑夜等自然因素的影响，具有全天候、全实时成像能力。合成孔径雷达目前是军事及遥感应用的重要传感器，为了获取被观测或侦察区域、或者是被观察目标的更多的信息，通常要求合成孔径雷达的分辨力很高。目前，国外星载SAR的分辨力达到1m左右，国外机载SAR的分辨力已达0.1m。国内近几年在SAR领域的发展也较快，一些科研院所分别研制成功了各自的SAR系统，并进行了机载飞行试验，获得了分辨力为3-0.5m的图像，更高分辨力的SAR系统正在进一步研究中。

通常情况下，从雷达角度定义带宽与中心频率之比超过25％的信号称为超宽带信号，比值10％～25％的信号称为宽带信号，比值小于10％的信号称为窄带信号。这是一种相对意义下的带宽，常称为分数带宽(FBW)。采用此种定义的超宽带雷达与普通雷达相比并无突出战略意义。另外一种是根据绝对带宽的大小来定义超宽带信号。尽管雷达界通常采用相对带宽意义下的超宽带定义，但站在电子对抗的角度，采用绝对带宽来定义超宽带比较合适。主要原因有两个：一个是对抗对象的主要用途与绝对带宽有关，二是对抗技术和装备也与绝对带宽有关。现代及未来战争要求雷达具有高分辨率、强抗干扰、反隐身、抗摧毁能力，因此雷达信号必须具有很大的绝对带宽。

随着对于合成孔径雷达分辨力要求的不断提高，也就是对于SAR雷达系统信号绝对带宽要求越来越大。如图5所示，为目前传统应用于SAR雷达收发系统的结构框图，通过分析可知，由于系统的超宽带要求，对收发射端的正交解调和调制器的幅相一致性都提出了很高要求。另外，收发端所用D/A和A/D的采样时钟也会随处理信号带宽的增加而增大。传统SAR雷达收发系统已经不能够完成超高分辨力成像要求。为了在提高SAR雷达成像分辨力的同时降低系统带宽，目前对于高分辨力SAR系统还采取去调频方法，又称STRETCH处理方法，其原理框图如图6所示，回波信号与一个作为基准的、有相同调频斜率，一定脉冲宽度的线性调频信号的混频过程就是对回波信号的去调频过程，去调频是求两个信号相位差的过程，通过相位差来反映频率差，利用线性调频信号频率与时间成线性关系这一特性，把一个频率随时间作线性变化的线性调频信号变换为一个固定频率信号，频率的高低则由两个信号的相对位置决定。该方法能有效降低采样率和时频处理难度，有利于系统实时成像，但缺点是与直接解调方式相比测绘带窄，宽带失真补偿及距离加权较困难。

发明内容

本发明目的是克服已有技术的不足，提供了一种超高分辨力合成孔径雷达收发系统，该系统采用单通道宽带发射，多通道超外差接收来实现超宽带雷达信号的收发过程，通过对超宽带信号进行有交叠信道化接收，降低了对收发通道上模拟器件宽带特性的要求。另外，这也降低了收发端A/D和D/A采样速率的要求，从而有效保证了接收机的高动态范围和高灵敏度，实现了SAR雷达超高分辨力成像。

为实现上述目的，本发明提供的超高分辨力合成孔径雷达收发系统，主要由高功率发射机、宽带雷达信号发生器、接收前端、宽带功率分配器、多通道接收单元以及多波段频率综合器组成；其中：

宽带雷达信号发生器的输出端与高功率发射机的输入端连接；

接收前端的输入端接收超宽带雷达回波信号，接收前端的输出端与宽带功率分配器的输入端连接；

宽带功率分配器的输出端与多通道接收单元的输入端连接；

宽带雷达信号发生器的时钟信号以及多通道接收单元的本振信号均由多波段频率综合器提供。

所述的超高分辨力合成孔径雷达收发系统，其中，宽带雷达信号发生器包括：数字信号源，用于产生数字基带信号；宽带倍频链，用于对数字信号源产生的数字基带信号进行带宽扩展及上变频；推动放大级，用于将宽带倍频链产生的超宽带雷达信号功率推放到高功率发射机要求的功率水平。