CN103728620B - 一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，由雷达综合电子单元和数据处理单元构成，雷达综合电子单元产生并辐射交替脉冲组雷达信号，然后接收地物散射的回波信号；数据处理单元实时采集接收机处理后的回波信号，完成交替脉冲组回波到单脉冲回波信号的转换；最后采用成像算法，得到测绘区域的雷达图像。本发明提供的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统在降低发射机峰值功率的同时，保证了雷达的最远作用距离，以及解决了宽测绘带情况下近距离回波信号的饱和问题。

Description

一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar-SAR)领域，特别涉及一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统。
背景技术
合成孔径雷达系统是一种微波遥感成像设备。它能够获取地物的二维散射系数分布图像，具有全天时、全天候工作的优点，应用遍及国防和民用等各个领域，发挥了巨大的作用。
合成孔径雷达一般采用线性调频脉冲信号作为发射信号，然后通过脉冲压缩技术获取距离向的高分辨率，这种技术可以极大降低雷达发射机的峰值功率(从MW量级到KW量级)，即通过采用线性调频信号、脉冲压缩技术达到低发射机峰值功率和采用窄脉冲、高发射机峰值功率得到相同的作用距离。
采用这种体制的合成孔径雷达存在以下几个问题：
1、为了提高作用距离，存在较大的测距盲区；
2、当作用距离比较近，而测绘带宽很宽的情况下，会导致近处的目标出现饱和现象。
发明内容
(一)要解决的问题
为了克服传统的合成孔径雷达存在的问题，本发明提出的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统及其实现方法具有与传统合成孔径雷达雷达系统相同的作用距离，同时能够兼顾解决近作用距离信号饱和的问题。
(二)技术方案
本发明提出的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统包括：雷达综合电子单元和数据处理单元，其中：所述的雷达综合电子单元，产生并辐射交替脉冲组射频信号，同时接收地物散射回来的微弱信号并进行放大滤波处理，得到回波信号；数据处理单元，实时采集回波信号并通过波形重组，将得到的脉冲组回波转换成单脉冲回波信号；最后采用成像算法对单脉冲回波信号进行计算，得到测绘区域的雷达图像。
(三)有益效果
本发明提供的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统具有以下优点：
1)在保证作用距离不变的情况下，可以降低发射机的峰值功率；
综合电子单元采用基于收发交替脉冲组的工作方式，对于同一个目标而言，每一个子脉冲信号都能够照射到这个目标，通过信号处理的方式将它们对于同一个目标的回波信号合并起来，等效于脉冲组中的各个子脉冲从时域中合成一个宽脉冲信号，直接降低了对发射机峰值功率的要求。
2)在超宽的测绘带的情况下，能够保证最近作用距离的回波信号不饱和；
在脉冲组处理过程中，使用的子脉冲个数越多，那么回波信号的强度越强，对于超宽的测绘带情况下，如果采用传统的单脉冲信号，那么近距的回波信号饱和的时候，可能远距的回波信号还比较小。但是采用脉冲组的好处是：波形重组部分进行脉冲组合成处理的时候，对于近距的回波信号可以使用较少的子脉冲信号，而对于远距离的回波信号可以使用较多的子脉冲信号参与合成，从而保证不同作用距离下回波信号的强度基本保持一致。
3)能够用固态发射机代替行波管发射机，无需高压电源，系统的重量降低，同时可靠性提高。
因为通过增加综合电子单元辐射交替脉冲组中子脉冲的个数可以降低发射机的峰值功率，所以可以用峰值功率低而工作比大的固态发射机代替行波管发射机，省去高压电源，直接降低了发射机的重量，也不用担心低气压等应用环境，所以提供了系统的可靠性。
附图说明
图1示出了本发明中基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统组成框图。
图2示出了本发明中基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统发射信号时序图。
图3示出了本发明中基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统信号处理流程图。
图4示出了本发明中脉冲组回波到单脉冲回波合成流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示是本发明基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，该系统包括雷达综合电子单元和数据处理单元，其中：雷达综合电子单元，产生并辐射交替脉冲组射频信号，同时接收地物散射回来的微弱信号并进行放大滤波处理，得到回波信号；数据处理单元，实时采集回波信号并通过波形重组，将得到的脉冲组回波转换成单脉冲回波信号；最后采用成像算法对单脉冲回波信号进行处理，得到测绘区域的雷达图像。所述得到回波信号是在一个脉冲重复周期内信号发射以外的时间接收到的地物回波信号。
所述雷达综合电子单元由激励器、发射机、频率源、天线、接收机等部分组成，其中：激励器，用来产生交替脉冲组的低功率雷达射频信号；发射机，用来对低功率雷达射频信号进行功率放大，输出雷达信号；频率源，用来产生系统所需要的全部频点；天线，用来发射和接收雷达信号；接收机，用来对地物散射回波信号进行放大、滤波处理。
所述的数据处理单元由高速数据采集、波形重组和成像处理单元构成，其中：高速数据采集，用来采集所述接收机处理后的信号；波形重组，用来将交替脉冲组回波合成一个单脉冲回波；成像处理单元，用来处理合成后的回波数据，获取测绘区域雷达图像。
所述辐射交替脉冲组射频信号是在一个脉冲重复周期内，发送两组N个宽度相同的子脉冲信号。所述的子脉冲信号为具有预设定带宽和时宽的线性调频信号。
本发明提供的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统具体实现方法为：系统工作启动后，合成孔径雷达雷达激励器在脉冲重复频率信号的触发下，产生两个子脉冲组信号，该信号经过滤波、正交调制和功率放大，通过天线辐射出去；地物散射回波信号经过接收机处理后，由高速数据采集模块实时采集，然后将同一个脉冲重复周期内接收到的脉冲组回波信号合并成为一个单脉冲的回波信号，最后利用成像算法，处理回波数据，得到测绘区域的雷达图像。
本发明给出的一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统与传统合成孔径雷达系统在实现方式上存在以下的不同：
1、基带信号源产生的信号不同，传统的合成孔径雷达系统产生单脉冲的线性调频信号，而收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统产生相同带宽的线性调频信号脉冲组，跨越的时间远长于单脉冲的宽度。
2、采样的点数很长。信号带宽不变的情况下，采样频率保持不变，考虑测绘带宽和超长的脉冲组的长度，所以采样的点数很长。
3、增加脉冲合成环节。传统的合成孔径雷达系统可以直接对回波信号进行成像处理；而收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统在成像处理前，需要增加一个环节：将脉冲组回波信号合成一个脉冲的回波信号。这样处理一方面可以降低处理的点数；另一方面可以便于传统合成孔径雷达的成像算法处理。
图2示出了辐射交替脉冲组的定时关系图。由图可知，当系统脉冲重复频率信号到来时，产生两组(A组和B组)，每组N个子脉冲。时序图中，高电平表示发射信号，低电平表示接收回波信号。每一个子脉冲为时宽、带宽完全一样的线性调频信号。第一组中高电平和低电平持续的时间相同；第二组的第一个发射脉冲后的接收时间为发射时间的两倍，其他各子脉冲等间隔分布。图2中PRF为脉冲重复频率(Pulse RepeativeFrequency-PRF)，T表示子脉冲的时宽。
图3示出了基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统信号处理的流程图，其步骤如下：
步骤a：从高速数据采集模块获取两路正交的基带回波信号数据，然后将两组脉冲合成为单脉冲回波信号；
步骤b：采用合成孔径雷达成像算法，处理回波数据，得到测绘区域的雷达图像。
图4示出了本发明中交替脉冲组回波到单脉冲回波合成流程图，具体步骤为：
步骤1：设原始回波信号X，输入合并次数n为0，将原始回波信号X延时两个辐射周期，得到第一延时信号X2；
步骤2：用原始回波信号X减去第一延时信号X2，得到第一差值信号Y1；
步骤3：将第一延时信号X2延时至B组脉冲的第二个子脉冲处，得到第二延时信号Xn；
步骤4：用第一差值信号Y1减去第二延时信号Xn，得到第二差值信号Y2；
步骤5：将第二差值信号Y2左移至A组脉冲的第一个子脉冲处，得到第三延时信号Xn-1；
步骤6：用第一差值信号Y1减去第三延时信号Xn-1，得到第一个脉冲完整的回波信号，即为第一个子脉冲回波信号Z1；
步骤7：判断合并次数是否达到预设值，如果没有达到，那么用原始脉冲信号减去第一个子脉冲回波信号Z1，剩下来的信号作为原始回波信号X，同时保留第一个子脉冲回波信号Z1，转入步骤1，否则，停止循环，将每次循环获取的单脉冲回波信号相干叠加得到最终的单脉冲回波信号Z。脉冲组转换成为单脉冲信号的过程结束。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，其特征在于包括雷达综合电子单元和数据处理单元，其中：
雷达综合电子单元，产生并辐射交替脉冲组射频信号，同时接收地物散射回来的微弱信号并进行放大滤波处理，得到回波信号；
数据处理单元，实时采集回波信号并通过波形重组，将得到的脉冲组回波信号转换成单脉冲回波信号；最后采用成像算法对单脉冲回波信号进行计算，得到测绘区域的雷达图像；
其中，所述交替脉冲组射频信号是在一个脉冲重复周期内，发送两组N个宽度相同的子脉冲信号；所述的子脉冲信号为具有预设定带宽和时宽的线性调频信号；其中所述宽度为脉冲时宽和带宽；
所述雷达综合电子单元在脉冲重复频率信号的触发下，产生两个子脉冲组信号，该两个子脉冲组信号经过滤波、正交调制和功率放大，通过天线辐射出去；地物散射回波信号经数据处理单元实时采集后，将同一个脉冲重复周期内接收到的脉冲组回波信号合并成为一个单脉冲回波信号。
2.根据权利要求1所述的基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，其特征在于，所述雷达综合电子单元由激励器、发射机、频率源、天线、接收机组成，其中：
激励器，用来产生交替脉冲组的低功率雷达射频信号；
发射机，用来对低功率雷达射频信号进行功率放大；
频率源，用来产生系统所需要的全部相干频点；
天线，用来发射和接收雷达信号；
接收机，用来对地物散射回波信号进行放大、滤波处理。
3.根据权利要求2所述的基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，其特征在于，所述的数据处理单元由高速数据采集、波形重组和成像处理单元构成，其中：
高速数据采集，用来采集所述接收机处理后的信号；
波形重组，用来将交替脉冲组回波合成一个单脉冲回波；
成像处理单元，用来处理合成后的回波数据，获取测绘区域雷达图像。
4.根据权利要求1所述的基于收发交替脉冲组的合成孔径雷达系统，其特征在于，所述得到回波信号是在一个脉冲重复周期内信号发射以外的时间接收到的地物回波信号。
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