CN113534121A - 用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，包括用于发射接收微波信号的网状抛物面天线，位于所述抛物面天线焦线上的馈电阵列，所述馈电阵列包括微带馈源、T/R组件、功分合成网络和激励器与阵面电源，位于所述馈电阵列背面的中央电子设备，所述中央电子设备包括频综收发机、定标延时器和数据处理机。本发明提供的一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，可获取与被动微波遥感同视场观测的高分辨率对地遥感信息，满足土壤水含量的降尺度反演及地表粗糙度和植被影响校正的需求。

Description

用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达
技术领域
本发明涉及一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达。
背景技术
随着电子信息技术的发展，雷达在遥感应用方面表现出越来越大的潜力，为人们提供越来越多的有用信息。与光学遥感相比，微波遥感具有实现全天时、全天候的特点，并且对植被及地表具有一定的穿透性。微波遥感按工作模式可分为两大类：被动式微波遥感和主动式微波遥感。被动式微波遥感系统自身不发射信号，只是接收目标物自身发射或散射的微波辐射(通常用亮温表示)，因此被动式微波遥感系统可认为是一部高灵敏度的接收机。主动式微波遥感系统自身发射微波信号，并接收从目标反射或散射回来的电磁波，所以主动式微波遥感系统由发射机、接收机和天线系统等组成。
土壤水分含量是水文学、气象学以及农业科学研究领域的一个重要参数。大面积土壤水含量监测是农业水管理以及农作物旱情监测的一个重要内容，是陆面过程模式研究必不可少的一个参量，对改善区域及全球气候模式预报结果起着重要的作用。遥感技术的发展为区域尺度(“面”信息)的土壤水含量监测提供了有效手段。与传统地面测量获取的有限代表性信息(“点”信息)的方法相比，具有更高的经济效益和社会效益。
微波遥感直接捕获的是土壤的介电性能，而土壤介电性能取决于土壤含水量。因此可从微波遥感观测资料中提取土壤含水量的信息。被动微波遥感监测土壤水含量的研究和应用已有较为成熟的技术和模型。目前已有星载被动微波遥感土壤水含量的仪器在轨飞行应用。但是被动微波遥感影像的空间分辨率较低，而且植被和地表粗糙度对土壤水含量反演的影响仍未得到解决。近年来，随着星载高分辨率雷达遥感的研究和快速发展，主动微波遥感的空间分辨率高、对地表粗糙度和植被敏感等特点，使其在土壤水含量的研究受到广泛重视，可以为被动遥感土壤水含量进行降尺度提高空间分辨率、提供地表粗糙度和植被影响的校正。
目前星载主动微波遥感器主要是高分辨率合成孔径雷达(SAR)，典型的天线形式有微带平面阵、波导缝隙阵等，无法与被动微波遥感器兼容设计，从而遥感探测的路径、观测像元存在不一致，影响主动遥感对被动微波遥感土壤水含量的校正效果。因此，亟需一种可以实现与被动微波遥感同源同视场的新型体制主动微波遥感器，实现高分辨率的土壤水含量及地表粗糙度的遥感探测。
发明内容
本发明提供一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，采用网状抛物面天线形式，通过馈源幅相位加权实现波束扫描，获取与被动微波遥感同视场观测的高分辨率对地遥感信息，满足土壤水含量的降尺度反演及地表粗糙度和植被影响校正的需求。
第一方面，提供一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，包括网状抛物面天线1，用于发射接收微波信号，位于所述抛物面天线焦线上的馈电阵列2，所述馈电阵列2包括微带馈源3、T/R组件4、功分合成网络5和激励器与阵面电源6，位于所述馈电阵列2背面的中央电子设备7，所述中央电子设备包括频综收发机8、定标延时器9和数据处理机10。
可选地，所述网状抛物面天线1在飞行方向方程为抛物线，实现波束的汇聚反射作用；在垂直飞行方向是方程为直线，只有波束反射作用。
可选地，所述馈电阵列2在垂直飞行方向排成线阵，位于抛物面天线1的焦线上，通过馈电阵列2的幅度和相位加权实现飞行宽度方向的波束合成及电扫描，以获得宽覆盖。
可选地，所述馈电阵列2共32个双极化微带形式馈源3，每个馈源3通过垂直布局的两个馈点实现水平H和垂直V极化。
可选地，所述馈电阵列2每个馈源对应一个T/R组件4，共32个T/R组件4，每个组件有两个发射/接收通道对应双极化，两通道共用一个定标信号收发接口，用于双极化信号的分时定标。
可选地，所述馈电阵列2还包含3组功分合成网络5，分别实现H极化、V极化和定标信号的发射功分和接收合成。
可选地，所述馈电阵列2上的激励器与阵面电源6为T/R组件4提供二次电源及控制信号，4个T/R组件4对于1个激励器与阵列电源6的就近供电方式提高了电源转换利用效率。
可选地，所述中央电子设备7位于馈电阵列2背面，信号通过穿仓电缆连接，集成设计减少仪器的对外安装接口，提高整星装配效率。
可选地，所述频综收发机8，按要求输出两路脉冲发射信号，接收两路不同极化V和H的雷达回波信号，频率综合处理后输出四路VV、VH、HV、HH中频信号，实现全极化探测。并通过主备一体化接口单元实现频综收发机8的冷备份，其中备份频综收发机与主份频综收发机电路及结构设计完全一致，当主机发生故障时可根据供电电源控制切换至备份机，提高可靠性。
可选地，所述定标延时器9，通过光纤延时分时实现双极化通道的参考定标、发射定标和接收定标等多种组合定标方式，实现定量化遥感。
可选地，所述数据处理机10与频综收发机8相参设计，实现回波信号的采集及组帧处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.采用网状抛物面天线形式，可以与被动微波遥感仪器共天线兼容设计，实现同路径、同视场观测，获取的高分辨率主动微波遥感信息，满足土壤水含量的降尺度反演及地表粗糙度和植被影响校正的需求。
2.采用基于抛物面天线的一维馈源阵列，相比二维阵列，大大减少单元数目，降低重量功耗等资源的需求。
3.一维馈源阵列采用相控阵方式，通过阵列的幅度和相位加权实现飞行宽度方向的波束合成及电扫描，以获得宽覆盖范围。
4.频综收发机通过一体化接口单元实现主备设计，提高雷达最核心重要组成部分的可靠性。
5.采用定标延时器、定标功分网络等实现雷达的高精度标定，满足定量遥感需求。
附图说明
图1为本发明提供的一维馈源相控阵雷达模型示意图；
图2为本发明提供的一维馈源相控阵雷达组成原理图；
图3为本发明提供的频综收发机的主备份设计方式。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的一维馈源相控阵雷达模型示意图，该雷达包括网状抛物面天线1，用于发射接收微波信号，位于所述抛物面天线焦线上的馈电阵列2，所述馈电阵列2包括微带馈源3、T/R组件4、功分合成网络5和激励器与阵面电源6，位于所述馈电阵列2背面的中央电子设备7，所述中央电子设备包括频综收发机8、定标延时器9和数据处理机10。
本实施例中，网状抛物面天线在飞行方向方程为抛物线，实现波束的汇聚反射作用；在垂直飞行方向是方程为直线，只有波束反射作用。
本实施例中，馈电阵列在垂直飞行方向排成线阵，位于抛物面天线的焦线上，通过馈电阵列的幅度和相位加权实现飞行宽度方向的波束合成及电扫描，以获得宽覆盖。
本实施例中，中央电子设备位于馈电阵列背面，信号通过穿仓电缆连接，集成设计减少仪器的对外安装接口，提高整星装配效率。
图2为本发明提供的一维馈源相控阵雷达组成原理图。抛物面天线实现微波信号的发射接收，即将接收到的信号汇聚馈至馈源后转化为电信号输出或将馈源照射的信号放大后发出。馈电阵列位于抛物面天线的焦线上，包括微带馈源、T/R组件、功分合成网络和激励器与阵面电源。
本实施例中，馈电阵列有32个双极化微带形式馈源，每个馈源通过垂直布局的两个馈点实现水平H和垂直V极化。
本实施例中，每个馈源对应一个T/R组件，每个组件有两个发射/接收通道对应双极化，两通道共用一个定标信号收发接口，用于双极化信号的分时定标。
本实施例中，共有3组功分合成网络，分别实现H极化、V极化和定标信号的发射功分和接收合成。
本实施例中，激励器与阵面电源为T/R组件提供二次电源及控制信号，4个T/R组件对于1个激励器与阵列电源的就近供电方式提高了电源转换利用效率。
本实施例中，定标延时器通过光纤延时分时实现双极化通道的参考定标、发射定标和接收定标等多种组合定标方式，实现定量化遥感。
本实施例中，数据处理机与频综收发机相参设计，实现回波信号的采集及组帧处理。
图3为本发明提供的频综收发机的主备份设计方式，通过一体化接口单元实现频综收发机的冷备份，其中备份频综收发机与主份频综收发机电路及结构设计完全一致，当主机发生故障时可根据供电电源控制切换至备份机，提高雷达最核心重要组成部分的可靠性。
本发明的各系统实施例的详细内容，具体可参见各方法实施例的对应部分，在此，不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于，包括：
所述装置包括用于发射接收微波信号的网状抛物面天线(1)；
位于所述网状抛物面天线(1)的焦线上的馈电阵列(2)，所述馈电阵列(2)包括：微带馈源(3)、T/R组件(4)、功分合成网络(5)和激励器与阵面电源(6)；
位于所述馈电阵列(2)背面的中央电子设备(7)，所述中央电子设备包括：频综收发机(8)、定标延时器(9)和数据处理机(10)。
2.根据权利要求1所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述网状抛物面天线(1)在飞行方向方程为抛物线，实现波束的汇聚反射作用；在垂直飞行方向是方程为直线，只有波束反射作用。
3.根据权利要求1所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述馈电阵列(2)在垂直飞行方向排成线阵，位于抛物面天线(1)的焦线上，通过馈电阵列(2)的幅度和相位加权实现飞行宽度方向的波束合成及电扫描，以获得宽覆盖。
4.根据权利要求1或3所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述馈电阵列(2)共32个双极化微带形式馈源(3)，每个馈源(3)通过垂直布局的两个馈点实现水平H和垂直V极化。
5.根据权利要求1或3所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述馈电阵列(2)的每个馈源(3)对应一个T/R组件(4)，共32个T/R组件(4)，每个T/R组件(4)有两个发射和接收通道对应双极化，两个发射和接收通道共用一个定标信号收发接口，用于双极化信号的分时定标。
6.根据权利要求1或3所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述馈电阵列(2)包含3组功分合成网络(5)，分别实现H极化、V极化和定标信号的发射功分和接收合成。
7.根据权利要求1或3所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述馈电阵列(2)上的激励器与阵面电源(6)为T/R组件(4)提供二次电源及控制信号，4个T/R组件(4)对于1个激励器与阵列电源(6)的就近供电。
8.根据权利要求1所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述中央电子设备(7)的信号通过穿仓电缆连接。
9.根据权利要求1及权利要求8所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述频综收发机(8)，输出两路脉冲发射信号，接收两路不同V极化和H极化的雷达回波信号，频率综合处理后输出四路VV、VH、HV、HH中频信号，并通过主备一体化接口单元实现频综收发机(8)的冷备份，其中，备份频综收发机与频综收发机(8)电路及结构设计完全一致，当频综收发机(8)发生故障时可，根据供电电源控制切换至备份频综收发机。
10.根据权利要求1或8所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述定标延时器(9)，通过光纤延时分时实现双极化通道的参考定标、发射定标和接收定标的多种组合定标方式，用于定量化遥感。
11.根据权利要求1及权利要求8所述的用于定量遥感的一维馈源相控阵雷达，其特征在于：所述数据处理机(10)与频综收发机(8)相参设计，用于回波信号的采集及组帧处理。
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