《機載高分辨率合成孔徑雷達技術》共包括9章,從雷達系統(tǒng)角度論述合成孔徑雷達技術,首先介紹了合成孔徑雷達原理,接著從系統(tǒng)角度論述了合成孔徑成像和動目標檢測性能指標設計;針對超高分辨率成像特點,給出了寬帶信號實現(xiàn)和POS應用技術;在此基礎上介紹了寬帶有源相控陣天線設計,包括寬帶輻射單元的選型、綜合網(wǎng)絡、T/R組件、延時器;低功率射頻部分介紹了低功率射頻主要技術指標、上行鏈路設計和下行鏈路設計;信號處理部分介紹了超高分辨率成像、多孔徑動目標檢測、地面目標識別和實時信號處理技術。
《機載高分辨率合成孔徑雷達技術》適用于從事雷達系統(tǒng)工程和微波成像領域科技人員參考使用,也可作為高等院校電子工程等相關專業(yè)的教學和研究資料。高分辨率對地觀測前沿技術叢書
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)通過發(fā)射寬帶信號獲得距離向高分辨率,在方位向通過平臺的運動,等效在空間形成大的線性陣列,即合成孔徑,從而得到二維高分辨率圖像,F(xiàn)在高頻段SAR發(fā)射的信號帶寬已達2GHz以上,再利用方位向長時間合成,已可實現(xiàn)優(yōu)于0.1m×0.1m的超高分辨率圖像。SAR除進行高分辨率成像外,目前已拓展到干涉合成孔徑雷達(Inter-ferometric SAR,InSAR)實現(xiàn)對地面高程進行測量、多通道對消實現(xiàn)對地面動目標進行檢測(Groud Moving Target Indicator,GMTI)等功能。
SAR自20世紀50年代誕生以來得到了迅速發(fā)展,廣泛應用于軍事及民用領域,已成為對地觀測重要手段之一。SAR已廣泛應用于不同的運動平臺,形成了機載SAR、星載SAR、彈載SAR、艇載SAR等,由于平臺的運動速度、運動穩(wěn)定性等差異較大,不同平臺SAR系統(tǒng)設計方法和成像算法差異明顯,本書針對機載平臺特點,介紹機載SAR相關關鍵技術,也可供其他平臺SAR設計參考。
目前市面上SAR的專著較多,有力地推動了我國SAR技術的發(fā)展和工程應用,但這些專著大都側(cè)重成像原理與成像算法,而本書針對機載平臺的特點,介紹機載SAR系統(tǒng)和分系統(tǒng)設計方法,特點是理論分析與工程設計緊密結(jié)合。
全書共分9章。第1、2章介紹了SAR原理和國內(nèi)外機載SAR發(fā)展趨勢。第3章介紹了SAR成像、GMTI主要性能指標設計;采用步進頻技術或全帶寬發(fā)射、子帶接收與子帶拼接技術實現(xiàn)距離向超高分辨率;通過定位和定向系統(tǒng)(Position and Oriention System,POS)高精度測量平臺運動誤差,用于成像運動補償,實現(xiàn)方位向超高分辨率。第4章介紹寬帶有源相控陣天線系統(tǒng)設計,包括輻射單元的選型、寬帶饋線設計、T/R組件的寬帶和幅相一致性設計、延時器優(yōu)化設計。第5章分析了低功率射頻系統(tǒng)的主要技術指標,上行激勵鏈路聚焦于寬帶及超寬帶數(shù)字波形產(chǎn)生的方法及與之緊密相關的激勵源設計;下行接收通道介紹了兼顧寬窄帶的多通道數(shù)字接收子陣數(shù)據(jù)對齊處理方法,在超寬帶數(shù)據(jù)采集方面,論述了采用新一代高速串行接口的多通道高速數(shù)據(jù)采集同步處理技術。第6章結(jié)合工程研制實際,介紹了形成距離向超高分辨率的寬帶信號補償及合成技術、長孑L徑時間的運動補償技術及超高分辨率成像算法和多視角圖像融合技術。第7章介紹多孔徑地面運動目標檢測的系統(tǒng)誤差校正、快速/慢速運動目標檢測技術及運動目標成像技術。第8章針對地面敏感目標,基于SAR圖像對靜止目標進行檢測和識別;而對于運動目標,軍事上由于履帶車的威脅更大,因此介紹了基于微動特性的履帶車和輪式車分類算法。第9章給出實時信號處理軟硬件架構和高分辨率成像、地面動目標檢測實時處理流程。
本書是集體討論后分工編寫而成的,胡學成研究員編寫第1章至第3章,王金元高級工程師、居軍研究員、李樹良高級工程師、柯鳴崗高級工程師編寫第4章,孔祥松研究員編寫第5章,莊龍研究員編寫第6章,劉穎研究員編寫第7章,尹奎英研究員編寫第8章,李磊高級工程師編寫第9章,全書由胡學成研究員定稿,代保全高級工程師、仇光鋒高級工程師和楊力工程師做了大量文字編輯和校對工作。
本書是中國電子集團公司第十四研究所機載SAR團隊多年研制工作的技術積累,特別是引用了國家高分專項航空系統(tǒng)“高分辨率InSAR/GMTI技術”的研究成果。在本書編寫過程中得到中國電子科技集團公司第十四研究所王友林研究員、雷萬明研究員、徐戈高級工程師、常文勝高級工程師、何東元高級工程師、武楠研究員、邢小明研究員、陳光榮研究員、余慧高級工程師和于俊鵬高級工程師的幫助,并引用了他們的有關研究成果。團隊與北京航空航天大學李春升教授、李景文教授、陳杰教授,西安電子科技大學邢孟道教授、王彤教授,南京航空航天大學朱岱寅教授等的長期合作,受益匪淺。李春升教授審閱了全書,提出了很多寶貴意見,在此向他們表示誠摯的謝意!
在本書的撰寫和出版過程中,得到國家高分專項航空系專家組和國防工業(yè)出版社的支持,在此表示感謝!
限于作者水平,書中難免存在不足之處,懇請讀者批評指正。
第1章 緒論
1.1 合成孔徑雷達概述
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 本書的內(nèi)容安排
第2章 合成孔徑雷達原理
2.1 合成孔徑原理
2.1.1 合成孔徑原理
2.1.2 目標回波多普勒特性與匹配處理
2.2 合成孔徑雷達主要成像模式
2.2.1 條帶成像
2.2.2 聚束成像
2.2.3 滑動聚束成像
2.2.4 掃描成像
2.2.5 TOPS成像
2.2.6 InSAR高程測量
2.3 地面動目標檢測
2.3.1 機載雷達雜波
2.3.2 廣域監(jiān)視地面動目標檢測
2.3.3 SAR-GMTI地面動目標檢測
2.4 合成孔徑雷達組成與工作原理
第3章 系統(tǒng)設計
3.1 合成孔徑成像指標設計
3.1.1 地面后向散射特性
3.1.2 系統(tǒng)靈敏度
3.1.3 脈沖重復頻率與天線最小面積
3.1.4 空間分辨率
3.1.5 峰值旁瓣比和積分旁瓣比
3.1.6 模糊度
3.1.7 輻射分辨率
3.1.8 輻射精度
3.1.9 定位精度
3.2 超高分辨率指標設計
3.2.1 距離超高分辨率
3.2.2 方位超高分辨率
3.3 同時SAR-GMTI指標設計
3.3.1 探測距離
3.3.2 動目標最小可檢測速度
3.3.3 盲速分析
3.3.4 動目標定位精度
3.4 WAS-GMTI指標設計
3.4.1 探測距離
3.4.2 動目標最小可檢測速度
3.4.3 重頻選擇與盲區(qū)分析
3.4.4 測量精度
第4章 有源相控陣天線
4.1 有源相控陣天線陣面
4.1.1 天線輻射單元設計
4.1.2 超寬帶陣列天線設計
4.1.3 陣列波束賦形設計
4.1.4 工程應用中的天線性能優(yōu)化設計
……
第5章 低功率射頻
第6章 超高分辨率成像算法
第7章 多孔徑地面運動目標檢測
第8章 地面目標識別技術
第9章 實時信號處理
參考文獻