CN107479054A - 基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,它涉及一种微波成像系统。它由天线阵列、宽带单射频接收处理模块、数字化多通道复数相关处理模块和成像反演处理模块组成。它通过采用单射频接收阵列技术,用一个宽带射频通道等效实现多个并行射频通道的效果,不仅可以有效降低射频复杂度,而且能够达到更好的通道一致性效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合孔径辐射计,特别是涉及一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计。
背景技术
综合孔径辐射计采用干涉式成像技术,利用多个稀疏排布的小天线合成等效的大天线孔径,为突破微波辐射计的空间分辨率瓶颈提供了有效的技术手段,在微波遥感、安检成像、隐蔽目标探测方面有着广泛的应用价值。尽管采用了综合孔径技术,但是为了达到较高的分辨率,仍然需要许多高灵敏度的接收通道并行工作,综合孔径辐射计系统复杂度和成本都比较高,而且通道间的一致性控制困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其通过一个宽带射频通道等效实现多个并行射频通道的效果,不仅可以有效降低射频复杂度,而且能够达到更好的通道一致性效果。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其包括天线阵列、宽带单射频接收处理模块、数字化多通道复数相关处理模块和成像反演处理模块共四个部分组成,所述天线阵列完成空间信号的馈入,将期望频段的空间不同位置感知的电磁波转换成多路模拟电信号,所述宽带单射频接收处理模块完成多路模拟电信号的数字化接收,形成多路复数基带信号,宽带单射频接收处理模块不同于传统的并行射频前端,而是采用多路模拟电信号共用一个宽带射频前端,具体包含射频高速复用开关、单通道宽带射频前端、高速模数转换器和数字化阵元信号重构处理模块四个子模块,所述数字化多通道复数相关处理模块对宽带单射频接收处理模块输出的多路数字基带信号进行复数相关处理,并得到相关积累矩阵,所述成像反演处理模块利用数字化多通道复数相关处理模块获得的相关积累矩阵,经过反演处理得到辐射亮温图像。
优选地,所述天线阵列由若干个在空间上稀疏分布的天线阵元组成,阵元的数量取决于期望获得的空间角分辨率,阵元的方向图特性取决于综合孔径辐射计设计视场范围。
优选地,所述射频高速复用开关用于完成基于高速开关调制的多路模拟电信号的复用,通过射频高速开关复用以后的信号虽然只有一路,但是高速开关调制过程中信号的带宽大幅扩展,从而得以保留M路模拟电信号输入的完整信息。
优选地,所述单通道宽带射频前端用于完成对射频高速复用开关输出的一路带宽扩展后的信号的射频变换,具体包括放大、混频、滤波处理,形成一路宽带的模拟基带信号输出。
优选地,所述高速模数转换器用于完成单通道宽带射频前端输出的模拟基带信号的模数转换,形成一路宽带的数字基带信号。
优选地,所述数字化阵元信号重构处理模块用于对高速模数转换器输出的一路宽带的数字基带信号进行实时的数字信号处理,重构出与各阵元馈入的模拟电信号相对应的多路数字基带信号。
本发明的积极进步效果在于:本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计通过一个宽带射频通道等效实现多个并行射频通道的效果,不仅可以有效降低射频复杂度,而且能够达到更好的通道一致性效果。
附图说明
图1为本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计的综合孔径辐射计的组成框图。
图2为本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计的宽带单射频接收处理模块的组成框图。
图3为本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计的单通道宽带射频前端子模块的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例,以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图3所示,本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计包括天线阵列、宽带单射频接收处理模块、数字化多通道复数相关处理模块和成像反演处理模块共四个部分组成,所述天线阵列完成空间信号的馈入,将期望频段的空间不同位置感知的电磁波转换成多路模拟电信号,所述宽带单射频接收处理模块完成多路模拟电信号的数字化接收,形成多路复数基带信号,宽带单射频接收处理模块不同于传统的并行射频前端,而是采用多路模拟电信号共用一个宽带射频前端,具体包含射频高速复用开关、单通道宽带射频前端、高速模数转换器和数字化阵元信号重构处理模块四个子模块,所述数字化多通道复数相关处理模块对宽带单射频接收处理模块输出的多路数字基带信号进行复数相关处理,并得到相关积累矩阵,所述成像反演处理模块利用数字化多通道复数相关处理模块获得的相关积累矩阵,经过反演处理得到辐射亮温图像。
天线阵列由若干个在空间上稀疏分布的天线阵元组成,阵元的数量取决于期望获得的空间角分辨率,阵元的方向图特性取决于综合孔径辐射计设计视场范围。
射频高速复用开关用于完成基于高速开关调制的多路模拟电信号的复用,通过射频高速开关复用以后的信号虽然只有一路,但是高速开关调制过程中信号的带宽大幅扩展,从而得以保留M路模拟电信号输入的完整信息。
单通道宽带射频前端用于完成对射频高速复用开关输出的一路带宽扩展后的信号的射频变换,具体包括放大、混频、滤波处理,形成一路宽带的模拟基带信号输出。
高速模数转换器用于完成单通道宽带射频前端输出的模拟基带信号的模数转换,形成一路宽带的数字基带信号。
数字化阵元信号重构处理模块用于对高速模数转换器输出的一路宽带的数字基带信号进行实时的数字信号处理,重构出与各阵元馈入的模拟电信号相对应的多路数字基带信号。
本发明通过引入宽带时间调制阵列,采用一个射频通道等效实现多个并行射频通道的效果,可以有效降低射频复杂度;与此同时还通过直接共用射频通道的方式,有效避免了通道一致性控制的难题,本发明提出的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计相比于背景技术,具有如下优点:
本发明通过采用单射频接收阵列技术代替并行射频前端,大幅减少了所需射频通道的数量,可以有效降低射频复杂度,有利于实现综合孔径辐射计的低成本和小型化;
本发明通过多路模拟电信号共用一个宽带射频通道的方式,巧妙地规避了由不同射频通道引入的通道幅相不一致特性,从而能够有效降低成像反演处理的复杂度,并有利于达到更好的成像效果。
在本实施例中,本发明提供了一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,该综合孔径辐射计的阵元数为M,采用的宽带单射频接收处理模块可以完成M路的通道复用,整个综合孔径辐射计只需要一个通道的宽带射频前端。
该综合孔径辐射计的具体组成如图1所示,总体由天线阵列、宽带单射频接收处理模块、数字化多通道复数相关处理模块和成像反演处理模块共四个部分组成。
天线阵列由M个在空间上稀疏分布的天线阵元组成,各阵元馈入的模拟电信号分别为S1,S2,...,SM;这M路模拟电信号由不同位置的阵元获取的目标辐射信号,因此具有相同的带宽(记为BW)和信号类型。
宽带单射频接收处理模块完成M路模拟电信号的数字化接收,形成M路复数基带信号。该模块输入的M路模拟电信号共用一个宽带射频前端,模块具体组成如图2所示,一共包含射频高速复用开关、单通道宽带射频前端、高速模数转换器和数字化阵元信号重构处理模块四个子模块:
射频高速复用开关:完成基于高速开关调制的M路模拟电信号的复用,复用过程中高速开关的切换频率为M*BW,对每路信号的周期性调制频率与模拟电信号带宽BW相当,通过高速开关调制过程合成以后的信号虽然只有一路,但是该路信号的带宽扩展为输入模拟电信号带宽的M倍,通过这样的方式保留了M路模拟电信号输入的完整信息。
单通道宽带射频前端:用于完成对射频高速复用开关输出的一路带宽扩展后的信号的射频变换,具体包括放大、混频、滤波处理和混频所需本振信号产生(如图3所示),形成一路带宽为M*BW的模拟基带信号输出。单通道宽带射频前端采用放大器1、混频器2、滤波器3、本振4。
高速模数转换器:完成单通道宽带射频前端输出的模拟基带信号的模数转换,为了避免信号混叠,模数转换器的采样率为M*BW*2,采样后形成一路数据率为的M*BW*2样点/秒的数字基带信号。
数字化阵元信号重构处理模块:对高速模数转换器输出的一路宽带数字基带信号进行实时的数字信号处理,重构出与M路模拟电信号S1,S2,...,SM相对应的M路数字基带信号x1,x2,...,xM。
数字化多通道复数相关处理模块对宽带单射频接收处理模块输出的M路数字基带信号进行复数相关处理,并得到相关积累矩阵。矩阵中的有效结果包括位于对角线上的自相关处理结果(共M路)和位于下三角部分的两两互相关处理结果(共(M-1)*M/2路);上三角部分的结果与下三角部分为共轭对称关系。
成像反演处理模块利用数字化多通道复数相关处理模块获得的相关积累矩阵,经过必要的定标和校正预处理之后,通过二维反傅里叶变换运算,得到目标区域的辐射亮温图像。
综上所述,本发明基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计通过一个宽带射频通道等效实现多个并行射频通道的效果,不仅可以有效降低射频复杂度,而且能够达到更好的通道一致性效果。
以上所述的具体实施例,对本发明的解决的技术问题、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 (6)
1.一种基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,其包括天线阵列、宽带单射频接收处理模块、数字化多通道复数相关处理模块和成像反演处理模块共四个部分组成,所述天线阵列完成空间信号的馈入,将期望频段的空间不同位置感知的电磁波转换成多路模拟电信号,所述宽带单射频接收处理模块完成多路模拟电信号的数字化接收,形成多路复数基带信号,宽带单射频接收处理模块不同于传统的并行射频前端,而是采用多路模拟电信号共用一个宽带射频前端,具体包含射频高速复用开关、单通道宽带射频前端、高速模数转换器和数字化阵元信号重构处理模块四个子模块,所述数字化多通道复数相关处理模块对宽带单射频接收处理模块输出的多路数字基带信号进行复数相关处理,并得到相关积累矩阵,所述成像反演处理模块利用数字化多通道复数相关处理模块获得的相关积累矩阵,经过反演处理得到辐射亮温图像。
2.如权利要求1所述的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,所述天线阵列由若干个在空间上稀疏分布的天线阵元组成,阵元的数量取决于期望获得的空间角分辨率,阵元的方向图特性取决于综合孔径辐射计设计视场范围。
3.如权利要求1所述的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,所述射频高速复用开关用于完成基于高速开关调制的多路模拟电信号的复用,通过射频高速开关复用以后的信号虽然只有一路,但是高速开关调制过程中信号的带宽大幅扩展,从而得以保留M路模拟电信号输入的完整信息。
4.如权利要求1所述的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,所述单通道宽带射频前端用于完成对射频高速复用开关输出的一路带宽扩展后的信号的射频变换,具体包括放大、混频、滤波处理,形成一路宽带的模拟基带信号输出。
5.如权利要求1所述的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,所述高速模数转换器用于完成单通道宽带射频前端输出的模拟基带信号的模数转换,形成一路宽带的数字基带信号。
6.如权利要求1所述的基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计,其特征在于,所述数字化阵元信号重构处理模块用于对高速模数转换器输出的一路宽带的数字基带信号进行实时的数字信号处理,重构出与各阵元馈入的模拟电信号相对应的多路数字基带信号。
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