[发明专利]机载稀疏阵列天线下视三维成像雷达系统和成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达系统、信息获取与处理技术领域，特别是一种可实现高分辨率宽幅三维成像的机载稀疏阵列天线下视三维成像雷达。

背景技术

机载下视三维成像雷达系统是一种新的微波三维成像雷达系统，其成像原理如图1所示。通过载机平台的运动在X方向(顺轨向)形成合成孔径，获得顺轨向分辨率；在Y方向(交轨向)上采用阵列天线构成实孔径，获得交轨向分辨率；在Z方向(高程向)发射宽带信号，通过脉冲压缩处理获得距离向(高程向)分辨率，从而实现对观测场景的三维成像。

目前，国内外已对机载下视三维成像雷达开展了相应的研究，其中以德国FGAN-FHR的ARTINO系统最为典型，该系统以无人机作为载机平台，在交轨向采用稀疏布局阵列天线，发射单元位于阵列两端，接收单元位于阵列中间，采用时分的方式可在交轨向获得等效满阵。再结合顺轨向由载机运动形成的合成孔径和发射的宽带信号，实现三维成像。(参见Klare J，Weiss M，Peters O，et al.“ARTINO：A New High Resolution 3D Imaging Radar System on An Autonomous Airborne Platform”，IGARSS，Colorado，USA，2006；Klare J.“A New Airborne Radar for 3D Imaging-Simulation Study of ARTINO”.)

稀疏阵列天线孔径综合技术，可大幅度减少大尺寸阵列天线子阵及其对应收发单元的数量。将稀疏阵列天线应用在载机的交轨向方向，可大幅度减轻系统的体积、重量和复杂度。采用子阵时分轮发的方式将稀疏阵列天线等效为满阵，在交轨向可获得与满阵天线相同的成像结果。(参见Hou Y N，Li D J，Hong W.“The Thinned Array Time Division Multiple Phase Center Aperture Synthesis and Application”，IGARSS，Boston，USA，2008.)

在上述系统中，若交轨向阵列天线是由小尺寸的子阵构成，其波束宽度较宽，因此可获得较大的观测幅宽，但是子阵尺寸较小，所需子阵的数量将急剧增加，同时增加系统的复杂度。若交轨向阵列天线是由大尺寸的子阵构成，可解决子阵数量过多增加系统复杂度的问题，但是由于子阵波束较窄，使得观测幅宽受到限制。

由于载机翼展长度有限，导致交轨向阵列天线长度受到限制。交轨向分辨率与交轨向阵列天线长度，载机平台运行高度及发射信号波长有关，当载机平台运行在高空时，可获得的交轨向分辨率将会降低，无法满足高分辨率对地成像的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有机载阵列天线下视三维成像雷达系统存在的两点不足：一、若交轨向阵列天线是由小尺寸的子阵构成，其波束宽度较宽，因此可获得较大的观测幅宽，但是子阵尺寸较小，所需子阵的数量将急剧增加，同时增加系统的复杂度，若交轨向阵列天线是由大尺寸的子阵构成，可解决子阵数量过多增加系统复杂度的问题，但是由于子阵波束较窄，使得观测幅宽受到限制；二、由于交轨向分辨率依赖于交轨向阵列天线的长度，而交轨向阵列天线的长度受载机翼展尺寸的限制，当载机运行在高空时，交轨向分辨率将会降低，无法满足高分辨率对地观测的需求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种机载稀疏阵列天线下视三维成像雷达系统，包括载机平台、稀疏阵列天线系统和分布式POS，所述载机平台是用于搭载所述的稀疏阵列天线系统和分布式POS的飞行器，该飞行器的中部和两侧能够布设阵列天线；所述稀疏阵列天线系统由多个子阵组成，所述的多个子阵分布在所述载机平台的三个区域，所述三个区域分布于所述载机平台的中部和两侧。

根据本发明的一个具体实施方式，所述三个区域为一个主区域和两个副区域，所述主区域位于所述载机平台的中部，所述副区域位于所述载机平台的两侧，并且在所述主区域安装一个由多个子阵排布的阵列天线，在所述副区域安装1个或2个子阵，所述三个区域的阵列天线构成所述稀疏阵列天线系统。

根据本发明的一个具体实施方式，所述载机平台是一个飞机，所述主区域位于所述飞机的机腹，所述两个副区域分别位于所述飞机的两个机翼下方的吊舱。

根据本发明的一个具体实施方式，所述多个子阵均为两维相扫有源阵。

根据本发明的一个具体实施方式，所述分布式POS分布在所述三个区域，用于对所述稀疏阵列天线系统的多相位中心的精确测量。