【ch09】高分辨力雷達(dá)

高分辯力雷達(dá)第九章雷達(dá)原理（第6版）高等學(xué)校電子信息類精品教材01雷達(dá)分辯力PARTONE一、雷達(dá)分辯力1.距離和速度分辨力

一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力

1.距離和速度分辨力一、雷達(dá)分辯力2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)

一、雷達(dá)分辯力模糊函數(shù)也可由頻域表示。已知能量原理為2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)一、雷達(dá)分辯力

2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)一、雷達(dá)分辯力

2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)一、雷達(dá)分辯力

2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)一、雷達(dá)分辯力

2.模糊函數(shù)及其性質(zhì)一、雷達(dá)分辯力（3）體積不變性所謂體積不變性就是體積不變性說明模糊圖的體積是常量，只要信號能量一樣，體積與信號形式無關(guān)。但這并不是說雷達(dá)信號不需要進(jìn)行設(shè)計了，因為雖然總體積不變，但由于信號形式不同，模糊圖的分布也不同，因此其潛在分辨力理論測量精度以及環(huán)境適應(yīng)能力等因素也隨之改變。可以根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)的環(huán)境等實際需要，選取適當(dāng)?shù)男盘栃问健?.模糊函數(shù)及其性質(zhì)02高距離分辨力信息及其處理PARTTWO二、高距離分辨力信息及其處理1.線性調(diào)頻脈沖壓縮信號的匹配濾波器線性調(diào)頻信號是通過非線性相位調(diào)制或線性頻率調(diào)制(LFM)來獲得大時寬帶寬的，在國外又將這種信號稱為chirp信號，這是研究得最早而又應(yīng)用最廣泛的一種脈沖壓縮信號。采用這種信號的雷達(dá)可以同時獲得遠(yuǎn)作用距離和高距離分辨力。與其他脈沖壓縮信號相比，它還具有以下優(yōu)點:所用匹配濾波器對回波信號的多普勒頻移不敏感，因而可以用一個匹配濾波器來處理具有不同多普勒頻移的信號，這將大大簡化信號處理系統(tǒng)。另外，這類信號的產(chǎn)生和處理比較容易，且技術(shù)上比較成熟，這也是它獲得"泛應(yīng)用的原因。其主要缺點是存在距離與多普勒頻移的耦合及匹配濾波器輸出旁瓣較高。為壓低旁瓣常采用失配處理，這將降低系統(tǒng)的靈敏度。下面具體討論線性調(diào)頻信號。二、高距離分辨力信息及其處理

1.線性調(diào)頻脈沖壓縮信號的匹配濾波器二、高距離分辨力信息及其處理線性調(diào)頻信號的波形見圖9.14。1.線性調(diào)頻脈沖壓縮信號的匹配濾波器二、高距離分辨力信息及其處理以上討論的線性調(diào)頻信號有比較大的時寬頻寬積，可以用來解決雷達(dá)檢測能力和距離分辨力的矛盾。線性調(diào)頻信號是連續(xù)型的信號，為了滿足雷達(dá)性能的上述要求，還可以采用離散型的編碼信號。其中具有較大實用意義的是二相編碼信號，包括巴克編碼、M序列編碼、L序列編碼和互補(bǔ)編碼等。這類信號與線性調(diào)頻脈沖信號不同，當(dāng)回波信號與匹配濾波器間有多普勒失諧時，濾波器輸出信噪比下降，故有時稱為多普勒靈敏信號。它常用于目標(biāo)多普勒頻率變化范圍較窄的場合。在多普勒頻率變化范圍較大時，要對多普勒頻率予以補(bǔ)償，或用多路并聯(lián)處理不同的多普勒頻率信號。2.編碼信號及其匹配濾波器二、高距離分辨力信息及其處理

2.編碼信號及其匹配濾波器二、高距離分辨力信息及其處理

2.編碼信號及其匹配濾波器二、高距離分辨力信息及其處理

2.編碼信號及其匹配濾波器03合成孔徑雷達(dá)(SAR)PARTTHREE三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）1.SAR的基本工作原理正側(cè)視狀態(tài)時的SAR，其天線波束指向垂直于雷達(dá)平臺的運動方向，如圖9.31所示。機(jī)上的雷達(dá)等速直線運動，天線指向(視軸方向)與運動方向垂直。雷達(dá)在運動過程中不斷地發(fā)射并接收來自目標(biāo)的反射回波，回波經(jīng)接收系統(tǒng)的相參處理對其振幅和相位信息進(jìn)行檢測和存儲，雷達(dá)天線直線運動一段距離，則接收設(shè)備會收到一串在不同航線位置的目標(biāo)回波，這些回波信息的疊加將等效于一個長天線陣所收到的回波信號，即綜合成為一個大孔徑的天線。與真實孔徑天線不同的是：所收到不同位置的回波不是同時的，而是對依靠雷達(dá)的直線運動而分時順序獲得的。三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）對于合成陣列而言，當(dāng)目標(biāo)處于無窮遠(yuǎn)處時，其反射的回波可視為平面波。而實際的目標(biāo)距離往往不滿足平面波照射的條件。對應(yīng)于不同的距離，目標(biāo)后向散射的波前是半徑不同的球面波。如果接收系統(tǒng)在信號處理時，對合成陣列上各點對應(yīng)于不同距離的球面波前分別予以相位補(bǔ)償后再實行相參積累，對應(yīng)于這樣的處理模式稱為聚焦處理。而在積累前不改變各點接收信號間的相位關(guān)系，即不加任何相位補(bǔ)償時，這種情況稱為非聚焦處理。1.SAR的基本工作原理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

1.SAR的基本工作原理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）2.SAR的參數(shù)

三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）n為其他整數(shù)時還有柵出現(xiàn)這些成一列方位幾乎是等間隔且幅度相等的波列。SAR要測的是0=0°這個合成波束所對準(zhǔn)的地面目標(biāo)區(qū)，而其他合成模糊波束對準(zhǔn)方向所接收的回波形成了重疊在所要求地面目標(biāo)區(qū)上的于擾信號，必須抑制掉這些干擾才能獲得目標(biāo)區(qū)的清晰圖像。抑制模糊波束的方法從原理上講是明確的，因為線陣的實際方向圖是陣元方向圖和陣列方向圖的乘積。如果設(shè)計陣元方向圖(即真實天線的方向圖)的零點正好在合成陣列天線方向圖模糊波束出現(xiàn)的角度上，則可消除模糊柵瓣的影響，如圖9.38所示。2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

2.SAR的參數(shù)三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）3.SAR的信號處理

三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）先討論最簡單的情況，即距離徙動的影響可以忽略，這時可以將距離和方位向的壓縮視為兩個獨立維濾波，如圖9.40所示的。3.SAR的信號處理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）利用光學(xué)技術(shù)的SAR信號處理開始于20世紀(jì)50年代中期。在地面的光學(xué)工作臺上，通過使用特殊的透鏡和相干光源，可以將記錄在SAR飛機(jī)膠卷上的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理為地圖。這種類型的光學(xué)處理是常規(guī)的SAR成像方法，而目前SAR成像的趨勢則明顯朝數(shù)字處理方向發(fā)展。數(shù)字處理雖然十分復(fù)雜，但它的優(yōu)點是精確和靈活。數(shù)字處理設(shè)備可裝在載機(jī)(或其他運動平臺)上，只要數(shù)字部件的運算速度足夠快則可在載機(jī)上進(jìn)行實時處理，而不像光學(xué)處理那樣需要等載機(jī)著陸后在地面室內(nèi)進(jìn)行。進(jìn)行SAR數(shù)字信號處理時還需預(yù)先做運動補(bǔ)償，以便去除運動平臺非恒速、非直線運動以及由于氣流影響產(chǎn)生的高低波動和左右搖擺等各種不規(guī)則分量，使輸入至大容量存儲器中待處理的數(shù)據(jù)具有載機(jī)是等速、等高直線飛行的性質(zhì)。3.SAR的信號處理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）正側(cè)視SAR常采用線性調(diào)頻信號(LFM)來獲得距離上的高分辨力。信號處理可采用兩種方式：一種是在距離向用模擬處理，如用表面聲波器件進(jìn)行脈沖壓縮，在方位向(橫向)用數(shù)字處理，另一種是在距離向和方位向均采用數(shù)字處理。運動補(bǔ)償和聚焦等均可在數(shù)字處理中進(jìn)行。橫向處理時，聚焦相位校正則應(yīng)針對不同的距離進(jìn)行不同的校正，因為近距離目標(biāo)回波線性調(diào)頻斜率大，即二次方相位變化快:遠(yuǎn)距離目標(biāo)回波線性調(diào)頻斜率小，一次方相位變化慢。SAR圖像的產(chǎn)生是一種二維處理的結(jié)果。數(shù)字化SAR處理器采用獨立的兩個一維處理來實現(xiàn)，二維的相關(guān)(或匹配濾波)實現(xiàn)了斜距上的脈沖壓縮和橫向距離上的方位壓縮。3.SAR的信號處理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

3.SAR的信號處理三、合成孔徑雷達(dá)（SAR）

3.SAR的信號處理04逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）PARTFOUR四、逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）1.引言合成孔徑雷達(dá)(SAR)是運動雷達(dá)對固定的目標(biāo)成像，適用于地形測繪等場合。雷達(dá)裝在運動載體(飛機(jī)、衛(wèi)星)上，由于雷達(dá)相對于地面固定目標(biāo)的運動，使固定目標(biāo)的回波在不同的橫向距離時有相異的多普勒頻率，即同一點目標(biāo)的回波將是一個多普勒頻率變化的信號，該回波序列經(jīng)過適當(dāng)處理后可獲得高的橫向分辨力，再加上距離上(縱向)用大帶寬信號獲得高的距離分辨力，綜合起來可以得到觀測區(qū)域內(nèi)清晰的地形圖像。我們還注意到，當(dāng)雷達(dá)進(jìn)行合成孔徑移動時，目標(biāo)回波在距離上的徙動應(yīng)小于距離分辨單元，才能進(jìn)行有效的回波序列相參處理，如果超過則需經(jīng)過適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償才可能得到好的圖像。四、逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）逆合成孔徑(ISAR)雷達(dá)通常是靜止的雷達(dá)對運動的目標(biāo)進(jìn)行縱向和橫向二維高分辨力成像，以滿足日益增長的對目標(biāo)精細(xì)觀察和識別分類的要求。ISAR和SAR運動方式正好相反，但實質(zhì)相同，因為真正重要的是雷達(dá)和觀測目標(biāo)間的相對運動。因而這兩種雷達(dá)的原理是基本相通的，兩者用途不同，實際中碰到的問題和解決方法也不一樣了。例如，SAR裝在飛機(jī)上對地面目標(biāo)成像，由于載機(jī)的航跡、速度等均可由機(jī)上多種傳感設(shè)備獲取，雷達(dá)本身的不規(guī)則運動也可依靠這些信息獲得比較完善的補(bǔ)償。而在ISAR成像過程中固定在地面的雷達(dá)要對航行中的飛機(jī)回波做二維高分辨處理時，由于飛機(jī)的姿態(tài)角、高低角、速度和航向等的變化對雷達(dá)來說都是未知的，因而成像難度較大。1.引言四、逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）復(fù)雜目標(biāo)(飛機(jī)、艦船等)都可看成是由許多散射點組成的。當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)之間有相對運動時，8標(biāo)各散射點的回波均會產(chǎn)生多普勒頻移，如果各散射點回波的多普勒頻率均相同，則無法依靠它來分辨目標(biāo)的各個散射點，只有在相對運動時，目標(biāo)各散射點的多普勒頻率不相同才可能利用多普勒頻率的差別來分辨各個不同的散射點而實現(xiàn)成像。因而當(dāng)目標(biāo)平穩(wěn)飛行時，將目標(biāo)的運動分解成平動和轉(zhuǎn)動兩個分量。平動是指目標(biāo)相對于雷達(dá)射線運動且姿態(tài)不變，此時目標(biāo)各散射點回波的多普勒頻率完全相同，這部分運動對雷達(dá)成像是沒有貢獻(xiàn)的。而目標(biāo)圍繞參考點轉(zhuǎn)動時，目標(biāo)上各散射點的多普勒值是不同的這時就可能依靠各散射點回波的多普勒頻率值的差別及處理時的多普勒分辨力來實現(xiàn)成像。這就是說，在ISAR成像時，要設(shè)法將目標(biāo)運動的平動分量補(bǔ)償?shù)?，而等效地把目?biāo)運動的參考點移到轉(zhuǎn)臺軸上面成為轉(zhuǎn)臺目標(biāo)成像，將運動目標(biāo)通過平動補(bǔ)償后成為勻速轉(zhuǎn)動的平面轉(zhuǎn)臺目標(biāo)。當(dāng)飛機(jī)直線平穩(wěn)飛行時一般可滿足或近似滿足上述條件。如果飛機(jī)在直線飛行時有速度變化，仍可補(bǔ)償成平面轉(zhuǎn)