[发明专利]一种前视阵列SAR系统的稀疏天线

说明书

本发明公开了一种前视阵列SAR系统的稀疏天线，其从阵元稀布、系统信噪比和二维成像质量等多方面综合考量，研究采用短的密布均匀发射阵列和长的稀疏均匀接收阵列的基本配置方式，利用发射波束的零点来抑制接收栅瓣和波束扫描来实现观测条带有效覆盖的方法；其不仅大大降低了阵元数量，还具有以下好处：一是发射天线采用较长的阵列天线以形成窄波束，提高了发射增益，且大的接收阵元间隔也为适当提高接收阵元增益提供了空间，最终提高了接收回波信噪比；二是发射窄波束缩小了每个波束的场景宽度，为采用简单、高效的跨航向距离徙动校正算法提供了条件；三是接收阵元均匀排布使得跨航向成像时可以采用FFT等快速算法，进一步提高了算法效率。

技术领域

本发明属于雷达天线设计与信号获取领域，涉及一种前视阵列SAR系统的稀疏天线。

背景技术

在雷达三维成像领域，前视阵列SAR近年来获得了许多科研机构和研究人员的关注。它采用实孔径的阵列天线，用于高频段(Ka、Ku等)雷达的低空近距离对地观测，具备近实时获取平台前下方观测场景三维图像的优势，为飞行平台的地物匹配制导、自主导航和降落等应用提供了一种全新的、全天时全天候工作的方式。前视阵列SAR采用宽带发射信号的匹配滤波实现距离向的高分辨，采用跨航向阵列天线的波束形成实现跨航向的高分辨，采用沿航向多个脉冲的虚拟孔径合成实现沿航向的高分辨，实现前下方观测场景的三维成像。当前，前视阵列SAR系统在阵列天线设计上面临如下问题：由于阵列长度长而信号波长短，传统的密布阵列天线通常需要成百上千个阵元，导致天线成本高和设计复杂度大，限制了前视阵列SAR系统的有效实现。如何有效降低阵元数量成为前视阵列SAR中一个重要的问题，具有较强的研究价值。

目前，可以有效降低前视阵列SAR阵元数量的方法主要有三种：一是阵列非均匀稀布方法，主要文献有吕岚、张晓玲等在2012年发表在《计算机工程与应用》上的“基于模拟退火法的优化线阵的前视三维SAR模型”；该方法在一定程度上减少了阵元数量且避免了成像栅瓣，但非均匀排布不利于跨航向成像的快速处理，且阵列的稀疏度十分有限。二是多输入多输出(MIMO)技术，主要文献有马超、顾红等在2015年发表在《电波科学学报》上的“多输入多输出阵列的机载前视雷达成像算法”和WeiβM.、Gilles M.在2010年发表在《EuropeanConference on Synthetic Aperture Radar》上的“Initial ARTINO RadarExperiments”；它们分别提出了基于分时相干MIMO的阵列天线稀布方案，有效减少了阵元数量，但由于发射和接收阵元的孔径都仅略大于波长的一半，发射和接收增益都十分有限，导致雷达作用距离小或回波信噪比低。三是阵列稀疏采样和压缩感知方法，主要文献有韦顺军、张晓玲在2011年发表在《宇航学报》上的“基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法研究”和Gao Lei、Zeng Yonghu等在2014年发表在《IEEE International Conference onSignal Processing,Communications and Computing》上的“Design of array forairborne forward looking SAR based on compressed sensing”；它们不仅有效减少了阵元数目，还在一定程度上实现了跨航向超分辨，但由于它们假定地面散射源是稀疏的，而实际中大部分雷达复图像的稀疏度不高，再加上运算量十分巨大，限制了其进一步应用。可见，以上方法在实际应用中都有一些难以克服的问题，限制了它们的有效应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种前视阵列SAR系统的稀疏天线，其从阵元稀布、系统信噪比和二维成像质量等多方面综合考量，研究采用短的密布均匀发射阵列和长的稀疏均匀接收阵列的基本配置方式，利用发射波束的零点来抑制接收栅瓣和波束扫描来实现观测条带有效覆盖的方法，显著降低了阵元数量，提高了收发增益和系统信噪比，保证了成像质量和效率，为前视SAR系统天线设计提供新的解决方案。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：