CN109188434B - 基于调频连续波体制的sar系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统，包括：收发天线；射频模块，连接到收发天线，包括发射通道、接收通道、频率源、功放模块；数字模块，连接到射频模块，包括控制模块、定时授时模块、AD模块、DA模块及记录模块；图像处理模块，连接到数字模块，包括运动补偿模块和成像处理模块。采用调频连续波体制构建SAR系统，基于FMCW体制对系统的主要性能参数进行设计，满足了系统结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点，同时具有较高的距离分辨率。并且结合实际应用需求，设计了雷达系统的处理方法，以适应军事侦察、地质勘查、地形测绘、海洋勘测、农林勘查等众多领域的应用需求。

Description

基于调频连续波体制的SAR系统及其处理方法

技术领域

本公开涉及SAR技术领域，尤其涉及一种基于调频连续波体制的SAR系统及其处理方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)成像已经是一种成熟的相干微波遥感技术，能够提供大尺度二维高分辨率地球表面反射率图像。如图7所示，SAR是一种主动式雷达成像系统，通常工作于电磁波频谱中的微波区，即P波段到Ka波段之间。SAR成像系统通常以移动平台，如飞机、无人机(UAV)和航天飞机或卫星为载体，电磁波照射方向与航迹相垂直形成侧视观测几何。系统向地球表面发射微波信号并且接收被照射地物的后向散射电磁信号，然后依靠信号处理技术将所接收到的信号合成出一幅二维高分辨率地球表面反射率图像。

凭借主动工作模式，传感器无须依赖太阳光源，从而可以昼夜成像。此外，频率低于S波段的微波谱段可以避免来自云、雾、雨、尘等物质的影响，而S波段、C波段和X波段的SAR系统也可以在有云雾覆盖和降雨的情况下成像。因此，SAR成像系统具备了几乎全天候的全球范围对地观测能力。

由于SAR成像具有分辨率高、全天候、全天时、多极化、多频段、可穿透等特点，SAR在二十世纪中后期得到了迅速的发展，出现了各种形式的合成孔径雷达。根据载体可分为机载SAR、星载SAR；根据成像模式可分为条带式(Strip-map)、聚束式(Spot-light)、扫描式(Scan)，还有逆SAR、干涉SAR、极化SAR等；根据平台分布情况又可分为单站SAR、双/多站SAR等。如今，各种类型的SAR已广泛应用于军事侦察、地质勘查、地形测绘、海洋勘测、农林勘查等众多领域，成为人类对地观测一种不可替代的重要手段。

但是传统雷达存在体积大、重量大、功耗大导致搭载平台受限的技术问题，因此需要设计一种轻小型、低功耗、高精度的SAR系统，本公开提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统及其处理方法，以满足各种轻小型平台对载荷的应用需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统及处理方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统，包括：

收发天线，包括发射天线与接收天线，发射天线完成激励信号对外的空间电磁辐射，接收天线完成雷达空间电磁波的接收，送入射频模块进行处理；

射频模块，连接到收发天线，包括发射通道、接收通道、频率源、功放模块，其中，发射通道对数字中频信号进行上变频、滤波放大处理，生成发射激励信号，进入功放模块；功放模块对发射激励信号进行功率放大，然后送到发射天线，对外辐射；接收通道负责对接收天线的回波信号进行放大、滤波和增益控制，同时接收通道连接到功放模块，接收参考信号作为接收通道本振；频率源连接到发射通道，用于为系统提供相参时钟信号；

数字模块，连接到射频模块，包括控制模块、定时授时模块、AD模块、DA模块及记录模块，其中，控制系统完成各模块功能的控制，包括接收通道增益控制、AD模块和DA模块的工作模式及图像处理流程控制；DA模块连接到所述发射通道，生成数字宽带中频信号；AD模块完成接收通道视频信号的采集；记录模块连接到所述AD模块，用于对采集的雷达回波数据进行记录；定时授时模块为AD模块、DA模块提供同步触发信号，同时对同步触发信号进行高精度授时；

图像处理模块，连接到数字模块，包括运动补偿模块和成像处理模块，其中，运动补偿模块接收飞机平台提供的导航信息和GPS信息，为图像处理模块生成高精度的运动补偿数据；图像处理模块连接到所述记录模块，对从记录模块获取的雷达数据进行运动补偿，然后通过对距离数据压缩、方位数据压缩完成雷达数据的实时处理，最后根据用户需求输出实时的SAR图像。

在一些实施例中，所述的SAR系统还包括：电源模块，由电池和电压转换模块组成，对输入的电源进行稳压和整流，为射频模块、数字模块及图像处理模块提供统一的二次电源。

在一些实施例中，所述基于调频连续波体制的SAR系统基于FMCW体制设计。

在一些实施例中，所述SAR系统基于FMCW体制设计对应的主要参数包括：波段的选择、信号带宽的设计、天线尺寸的设计、系统发射功率、回波信号带宽。

在一些实施例中，基于FMCW体制的SAR系统参数中：

(1)波段的选择对应天线尺寸的大小，选择通用性好的Ku波段；

(2)实际信号带宽结合距离向分辨率的要求和设计冗余求解，包括：假设距离分辨率为ρ_r，电磁波的传播速度为c＝3.0×10⁸m/s，则发射信号的带宽B_r的计算公式为：

按照上述公式计算，并考虑到系统的冗余性，实际信号带宽采用理论值的1.2-2倍；

(3)天线尺寸结合方位向分辨率要求和距离向测绘带宽要求求解，其中，天线的长度与系统方位向分辨率相关，假设方位分辨率为ρ_a，则天线长度D的计算公式为：

D≈2ρ_a

天线的宽度与系统的测绘带宽相关，假设系统测绘带宽对应的天线距离向波束宽度为θ_r，信号波长为λ，则天线宽度l的计算公式为：

(4)系统的发射功率考虑天线增益及最远作用距离因素，包括：假设系统发射功率为P_t，天线发射增益为G_t，天线接收增益为G_r，目标场景后向散射系数为σ，系统接收功率为P_r，最远作用距离为R，则根据雷达方程有：

根据上述公式可求得系统的发射功率，据此设计系统的射频模块；

(5)回波信号带宽采用去调频接收的方案，其中，视频信号带宽B_if与发射信号的带宽B_r和信号持续脉冲宽度τ_r、目标与接收天线的距离R，以及参考时延τ_ref有关，则视频信号带宽：

根据上述公式可求得接收通道视频信号带宽，进而确定采样频率。

在一些实施例中，所述SAR系统的FMCW雷达中频激励信号是由数字模块中DA模块产生的调频连续波的中频信号，基于DDS和Serdes技术在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，实时产生宽带调频连续波信号。

在一些实施例中，射频模块根据发射信号带宽要求，对中频信号直接上变频到所需波段；或先产生窄带的中频激励信号，再上变频到较低波段，最后再通过倍频到所需波段；射频模块的发射信号经过耦合器后与接收信号进行混频得到视频信号。

根据本公开的另一个方面，提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法，采用所述的SAR系统，包括：航线规划，结合目标区域完成飞行作业航线的规划；数据获取，基于系统自动控制功能进行飞行作业获取雷达信号原始数据；数据质量检查，作业完成后对原始数据进行完整性和有效性检查；成像处理，使用成像处理软件进行信号处理和运动补偿；数据产品输出，输出客户可用的数据产品。

在一些实施例中，航线规划包括，根据目标区域的地形、区域面积，结合SAR系统斜视、条带作业的固有特点，对平台的飞行航线进行设计，并将设计好的航线可离线烧写到SAR主机内；数据获取包括，在平台按照设计航线进行飞行过程中，当进入作业区时系统自动开启雷达射频进行工作并采集数据，当平台飞出作业区域时系统自动关闭雷达射频停止工作；成像处理包括，通过系统参数设置的方式完成单极化、全极化SAR成像处理，并经运动补偿成像处理输出单视复图像和/或单视功率实图像；数据产品输出包括，根据用户需求，输出目标区域内的SAR图像，并形成可用的数据产品。

在一些实施例中，在成像处理之后，数据产品输出之前还包括：极化和干涉处理，极化合成是在成像处理结果的基础上通过pauli分解的形式合成伪彩色SAR图像；通过干涉处理可生成数字表面模型和/数字正射影像。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种基于调频连续波体制的SAR系统及处理方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用模块化设计方法，模块是可组合、分解和更换的单元。通过模块化能够很好的处理复杂系统，从而更好地管理和维护整个系统，使得系统结构更简单、可靠性更高。

(2)通过使用调频连续波体制构建的SAR系统能够实现高分辨率图像输出，同时实现了SAR系统的轻小型、低功耗设计，将来能够适应更多的中小型飞行平台、满足更多的应用需求。

(3)由于在系统处理流程设计中，通过设置雷达系统的工作模式和参数，并配置相应的选件，使雷达系统具有高分辨率、极化、干涉、动目标检测等功能，能够适应军事侦察、地质勘查、地形测绘、海洋勘测、农林勘查等众多领域的应用需求。

附图说明

图1为根据本公开实施例的SAR系统结构示意图。

图2a为根据本公开实施例SAR系统模块化之收发天线模型示意图。

图2b为根据本公开实施例SAR系统模块化之主机模型示意图。

图3为根据本公开实施例宽带调频连续波信号产生实现框图。

图4为根据本公开实施例多路DDS产生宽带调频连续波信号原理图。

图5为根据本公开实施例SAR系统射频模块结构示意图。

图6为根据本公开实施例SAR系统处理方法流程图。

图7为电磁波谱中的微波谱段。

具体实施方式

本公开提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统及其处理方法。图1为根据本公开实施例的SAR系统结构示意图。如图1所示，雷达系统划分为五个相对独立的模块：收发天线、射频模块、数字模块、图像处理、电源模块，以便于系统的设计、研制、测试和集成。采用调频连续波体制构建SAR系统，满足了系统结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点的同时，还具有较高的距离分辨率；对系统的主要性能参数基于FMCW体制进行了设计，包括波段的选择、信号带宽的设计、天线尺寸的设计、系统发射功率等。另一方面，结合实际应用需求，提出了雷达系统的处理方法：航线规划、数据获取、数据质量检查、成像处理、极化/干涉处理、数据产品输出等，以适应军事侦察、地质勘查、地形测绘、海洋勘测、农林勘查等众多领域的应用需求。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统。在雷达系统的结构中，模块是可组合、分解和更换的单元。通过模块化能够很好的处理复杂系统，从而更好地管理和维护整个系统。

图2a、2b为本公开实施例SAR系统模块化的收发天线模型及主机模型示意图的结构示意图。如图2a、2b所示，本公开基于调频连续波体制的SAR系统通过模块化的设计方法，将雷达系统划分为相对独立的五个模块：收发天线、射频模块、数字处理/采集模块、图像处理、电源模块，以便于系统的设计、研制、测试和集成。

所述SAR系统通过模块化用来分割、组织和打包系统部件。每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。所述SAR系统采用模块化方法能够很好的处理复杂系统，从而更好地管理和维护整个系统。

以下对本实施例基于调频连续波体制的SAR系统的各个部分进行详细说明。

(1)收发天线

为全极化收发天线，包括发射天线与接收天线，发射天线完成激励信号对外的空间电磁辐射；接收天线完成雷达空间电磁波的接收，送入射频系统进行处理。

(2)射频模块

射频模块连接到收发天线，包括发射通道、接收通道、频率源、功放模块，其中，发射通道对数字中频信号进行上变频、滤波放大处理，生成发射激励信号，进入功放模块；功放模块对发射激励信号进行功率放大，然后送到发射天线，对外辐射；接收通道负责对接收天线的回波信号进行放大、滤波和增益控制，同时接收通道连接到功放模块，接收参考信号作为接收通道本振；频率源连接到发射通道，用于为系统提供相参时钟信号；

(3)数字模块

数字模块连接到射频模块，包括控制模块、定时授时模块、AD模块、DA模块及记录模块，其中，控制系统完成各模块功能的控制，包括接收通道增益控制、AD模块和DA模块的工作模式及图像处理流程控制；DA模块连接到所述发射通道，生成数字宽带中频信号；AD模块完成接收通道视频信号的采集；记录模块连接到所述AD模块，用于对采集的雷达回波数据进行记录；定时授时模块为AD模块、DA模块提供同步触发信号，同时对同步触发信号进行高精度授时。

(4)图像处理模块

图像处理模块连接到数字模块，包括运动补偿模块和成像处理模块，其中，运动补偿模块接收飞机平台提供的导航信息和GPS信息，为图像处理模块生成高精度的运动补偿数据；图像处理模块连接到所述记录模块，对从记录模块获取的雷达数据进行运动补偿，然后通过对距离数据压缩、方位数据压缩完成雷达数据的实时处理，最后根据用户需求输出实时的SAR图像。

(5)电源模块

电源模块由电池和电压转换模块组成，对输入的电源进行稳压和整流，为各模块提供统一的二次电源。

所述基于调频连续波体制的SAR系统基于FMCW体制设计，对应的的主要参数包括：波段的选择、信号带宽的设计、天线尺寸的设计、系统发射功率、回波信号带宽等。

(1)波段的选择

为了适应微型SAR系统小体积的需求，在波段选择时必须考虑天线尺寸的大小，一般天线尺寸越小对应的波长越短；同时结合国内外对微型SAR的研究经验，一般选择Ku波段能够较好地适应各种应用。

(2)信号带宽设计

信号带宽的设计与系统距离向的分辨率要求相关，假设距离分辨率为ρ_r，电磁波的传播速度为c＝3.0×10⁸m/s，则发射信号的带宽B_r的计算公式为：

一般情况，考虑到系统的冗余性，实际信号带宽约为理论值的1.2-2倍左右。

(3)天线尺寸设计

天线长度的设计与系统方位向分辨率相关，假设方位分辨率为ρ_a，则天线长度D的计算公式为：

D≈2ρ_a

天线宽度的设计与系统的测绘带宽相关，假设系统测绘带宽对应的天线距离向波束宽度为θ_r，信号波长为λ，则天线宽度l的计算公式为：

(4)发射功率设计

系统发射功率的设计与最远作用距离等诸多因素相关，假设系统发射功率为P_t，天线发射增益为G_t，天线接收增益为G_r，目标场景后向散射系数为σ，系统接收功率为P_r，最远作用距离为R，则根据雷达方程有：

根据以上公式可求得系统的发射功率，据此可设计系统的射频模块。

(5)回波信号带宽

调频连续波SAR系统采用去调频接收的方案，视频信号带宽B_if与发射信号的带宽B_r和信号持续脉冲宽度τ_r、最远作用距离R，以及参考时延τ_ref有关，则视频信号带宽：

根据以上公式可求得接收通道视频信号带宽，进而确定采样频率。

所述SAR系统的FMCW雷达中频激励信号是由数字模块中DA模块产生的调频连续波的中频信号。得益于超大规模可编程逻辑器件的发展，FMCW雷达信号可以利用数字电路进行实现。相比于模拟电路，数字电路利用DDS技术产生FMCW信号，具有可编程性强(频点任意、带宽可调)、频率分辨率高、集成度高等优点，但是由于DDS技术在高速转换时相噪和杂散会相应恶化，无法直接产生宽带FMCW信号。本公开提出基于DDS和Serdes技术(Serdes是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称，利用该技术可以实现在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号(Oserdes)，在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号(Iserdes))实时产生宽带调频连续波信号。

为产生宽带调频连续波信号，在125M时钟域采用16路DDS输出，编号dds0，dds1，dds2，......，dds15，令各DDS配置为相位增量和偏移流模式，由外部状态机统一设置十六个DDS的配置。这样在一个配置周期内，十六个DDS频率和相位依次为(f₀，0)、(f₁，δφ₁)……(f₁₄，δφ₁₄)，(f₁₅，δφ₁₅)，其中频率f跟随调频斜率进行递增，相位通过计算保持相位连续步进。则在第一个DDS采样周期内，采样数据对应如图4所示。第二个设置周期内，采样数据接着上一次配置继续保持频率递增，相位步进。依次类推，只要将这些数据按顺序拼接起来，就相当于在一个雷达重复周期内采样了一组调频连续波数据。

将DDS，即dds0，dds1……dds14，dds15采样后截位成DA所需的14比特位，将dds0的14个比特位分别给到14个并串转换的数据口D1端口，将dds1的14个比特位分别给到14个并串转换的数据口D2端口，以此类推，进行8∶1并串转换得到高速14位输出，得到14比特的f0、f1、f2信号，数模转换芯片后，产生实际使用的雷达模拟信号。

对收发系统进行设计时，射频模块主要完成调频连续波体制下的微波信号产生、发射与接收。具体功能包括：1)将基带发射信号通过上变频/倍频到所需频段；2)将发射激励信号经功率放大器放大之后由天线辐射出去；3)在发射信号的同时接收目标反射的回波，经由天线接收、低噪声放大之后与发射参考信号进行混频得到视频信号，最终输出视频信号给数字单元。射频模块组成框图如图5所示。

在发射信号带宽要求不高的情况下，可以对中频信号直接上变频到所需波段；在发射信号带宽要求较高，传统的信号产生模块不能产生所需带宽信号时，射频模块先产生窄带的中频激励信号，再上变频到较低波段，最后再通过倍频到所需波段。发射信号经过耦合器后与接收信号进行混频得到视频信号。以图5示例所示，具体实现如下：1)高速DA产生中频信号1.2～1.8GHz，上变频之后频率为7.3～7.9GHz，2次倍频输出14.6～15.8GHz。

在本公开的又一个示例性实施例中，还提供了一种基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法。

图6为本公开实施例的基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法的流程图。如图6所示，本公开基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法包括：首先结合目标区域完成飞行作业航线的规划，以提高作业效率；然后基于系统自动控制功能进行飞行作业获取雷达信号原始数据；作业完成后对原始数据进行完整性和有效性检查；最后使用成像处理软件进行信号处理和运动补偿，并输出客户可用的数据产品。

以下对本实施例基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法的各步骤进行说明。

(1)航线规划

根据目标区域的地形、区域面积，结合SAR系统斜视、条带作业的固有特点，对平台的飞行航线进行设计，以提高作业效率，保证数据有效性。

(2)数据获取

设计好的航线可离线烧写到SAR主机内，在平台按照设计航线进行飞行过程中，当进入作业区时系统自动开启雷达射频进行工作并采集数据，当平台飞出作业区域时系统自动关闭雷达射频停止工作。

(3)数据质量检查

完成飞行任务后，可通过地面服务器导入SAR主机内存储的雷达信号原始数据，然后通过后处理软件对原始数据完整性、有效性进行检查；同时检查运动补偿数据的有效性。

(4)成像处理

成像处理是通过系统参数设置的方式完成单极化、全极化SAR成像处理，并经运动补偿成像处理输出SLC(单视复图像)、单视功率实图像。

(5)极化和干涉处理

极化合成是在成像处理结果的基础上通过pauli分解的形式合成伪彩色SAR图像；通过干涉处理可生成DSM(数字表面模型)，DOM(数字正射影像)。

(6)数据产品输出

根据用户需求，输出目标区域内的SAR图像，并形成可用的数据产品。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。

本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于调频连续波体制的SAR系统，包括：

收发天线，包括发射天线与接收天线，发射天线完成激励信号对外的空间电磁辐射，接收天线完成雷达空间电磁波的接收，送入射频模块进行处理；

射频模块，连接到收发天线，包括发射通道、接收通道、频率源、功放模块，其中，发射通道对数字中频信号进行上变频、滤波放大处理，生成发射激励信号，进入功放模块；功放模块对发射激励信号进行功率放大，然后送到发射天线，对外辐射；接收通道负责对接收天线的回波信号进行放大、滤波和增益控制，同时接收通道连接到功放模块，接收参考信号作为接收通道本振；频率源连接到发射通道，用于为系统提供相参时钟信号；

数字模块，连接到射频模块，包括控制模块、定时授时模块、AD模块、DA模块及记录模块，其中，控制系统完成各模块功能的控制，包括接收通道增益控制、AD模块和DA模块的工作模式及图像处理流程控制；DA模块连接到所述发射通道，生成数字宽带中频信号；AD模块完成接收通道视频信号的中频采样；记录模块连接到所述AD模块，用于对采集的雷达回波数据进行记录；定时授时模块为AD模块、DA模块提供同步触发信号，同时对同步触发信号进行高精度授时；

图像处理模块，连接到数字模块，包括运动补偿模块和成像处理模块，其中，运动补偿模块接收飞机平台提供的导航信息和GPS信息，为图像处理模块生成高精度的运动补偿数据；图像处理模块连接到所述记录模块，对从记录模块获取的雷达数据进行运动补偿，然后通过对距离数据压缩、方位数据压缩完成雷达数据的实时处理，最后根据用户需求输出实时的SAR图像；

其中，所述基于调频连续波体制的SAR系统基于FMCW体制设计，基于FMCW体制的SAR系统参数中：

实际信号带宽结合距离向分辨率的要求和设计冗余求解，包括：假设距离分辨率为ρ_r，电磁波的传播速度为c＝3.0×10⁸m/s，则发射信号的带宽B_r的计算公式为：

按照上述公式计算，并考虑到系统的冗余性，实际信号带宽采用理论值的1.2-2倍；

系统的发射功率考虑天线增益及最远作用距离因素，包括：假设系统发射功率为P_t，天线发射增益为G_t，天线接收增益为G_r，目标场景后向散射系数为σ，系统接收功率为P_r，最远作用距离为R，信号波长为λ，则根据雷达方程有：

根据上述公式可求得系统的发射功率，据此设计系统的射频模块；

回波信号带宽采用去调频接收的方案，其中，视频信号带宽B_if与发射信号的带宽B_r和信号持续脉冲宽度τ_r、最远作用距离为R、以及参考时延τ_ref有关，则视频信号带宽：

根据上述公式可求得接收通道视频信号带宽，进而确定采样频率；

射频模块根据发射信号带宽要求，对中频信号直接上变频到所需波段；或先产生窄带的中频激励信号，再上变频到较低波段，最后再通过倍频到所需波段；射频模块的发射信号经过耦合器后与接收信号进行混频得到视频信号；

所述SAR系统的FMCW雷达中频激励信号是由数字模块中DA模块产生的调频连续波的中频信号，基于DDS和Serdes技术实现在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，实时产生宽带调频连续波信号。

2.根据权利要求1所述的SAR系统，还包括：

电源模块，由电池和电压转换模块组成，对输入的电源进行稳压和整流，为射频模块、数字模块及图像处理模块提供统一的二次电源。

3.根据权利要求1所述的SAR系统，其中，基于FMCW体制的SAR系统参数中：

波段的选择对应天线尺寸的大小，选择通用性好的Ku波段；

天线尺寸结合方位向分辨率要求和距离向测绘带宽要求求解，其中，天线的长度与系统方位向分辨率相关，假设方位分辨率为ρ_a，则天线长度D的计算公式为：

D≈2ρ_a

天线的宽度与系统的测绘带宽相关，假设系统测绘带宽对应的天线距离向波束宽度为θ_r，信号波长为λ，则天线宽度l的计算公式为：

4.一种基于调频连续波体制的SAR系统的处理方法，采用如权利要求1所述的SAR系统，包括：

航线规划，结合目标区域完成飞行作业航线的规划；

数据获取，基于系统自动控制功能进行飞行作业获取雷达信号原始数据；

数据质量检查，作业完成后对原始数据进行完整性和有效性检查；

成像处理，使用成像处理软件进行信号处理和运动补偿；

数据产品输出，输出客户可用的数据产品。

5.根据权利要求4所述的处理方法，其中，

航线规划包括，根据目标区域的地形、区域面积，结合SAR系统斜视、条带作业的固有特点，对平台的飞行航线进行设计，并将设计好的航线可离线烧写到SAR主机内；

数据获取包括，在平台按照设计航线进行飞行过程中，当进入作业区时系统自动开启雷达射频进行工作并采集数据，当平台飞出作业区域时系统自动关闭雷达射频停止工作；

成像处理包括，通过系统参数设置的方式完成单极化、全极化SAR成像处理，并经运动补偿成像处理输出单视复图像和/或单视功率实图像；

数据产品输出包括，根据用户需求，输出目标区域内的SAR图像，并形成可用的数据产品。

6.根据权利要求4所述的处理方法，其中，在成像处理之后，数据产品输出之前还包括：

极化和干涉处理，极化合成是在成像处理结果的基础上通过pauli分解的形式合成伪彩色SAR图像；通过干涉处理可生成数字表面模型和/或数字正射影像。

Images