CN113687313B - 一种基于双反射面天线的星载x+s双频sar系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，包括：雷达中央控制处理器、X频段发射机、X频段功率放大器、X频段环形器、X频段天线馈源、天线双反射器、X频段接收机、S频段发射机、S频段功率放大器、S频段环形器、S频段天线馈源和S频段接收机。本发明降低了卫星本体高度，实现叠装式一箭多星发射，大幅降低整星研制费用，缩短系统组网运行周期，提升反射面体制SAR系统的竞争力。

Description

一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统
技术领域
本发明属于星载双频合成孔径雷达(SAR)设计技术领域，尤其涉及一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统。
背景技术
SAR系统实现了一维高分辨距离探测到二维高分辨成像的跨越，可从卫星或飞机上全天时、全天候对地成像，是高分辨率对地观测的重要手段。星载合成孔径雷达具有成像观测范围大且能兼顾分辨率、不受国界限制等优势，是国内外研究的焦点之一。
不同频段的电磁波具有不同穿透性，L和S等低频电磁波穿透性强，等效散射中心贴近地表，甚至能够观测到浅层地表以下的目标，受降雨衰减影响小，适用于茂密森林覆盖且多云雨的区域，常用于地表变化监测，防灾减灾，地物分类、农作物监测、森林和植被观测；X和Ku等高频段电磁波可用成像带宽较大，地物后向散射较强，容易实现SAR载荷轻量化设计，适用于高分辨率对地成像和地形测绘等应用。
在IEEE、Elsevier、Springer外文数据库中搜索“SAR system based onReflector Antenna”、“Dual-Frequency SAR System”，在万方、中国知网等中文数据库中搜索“反射面天线SAR系统”、“双频SAR系统”等关键词，登陆德国DLR、欧空局、美国Capella空间公司等机构网站，总结相关文献可以看出，现阶段国内外星载SAR系统大都是单频段工作，曾经发射的双频SAR系统只有美德联合研制的SIR-C/X-SAR和SRTM-C/X-SAR系统，在研的双频SAR系统包括美印联合研制的NISAR和加拿大UrtheCastSAR-XL。
国内外X频段反射面天线SAR卫星包括Capella-SAR和UmbraLab-SAR、日本ASNARO-2和QPS-SAR、德国SAR-Lupe、以色列TechSAR、印度RISAT；L频段反射面天线SAR卫星包括德国TanDEM-L；S频段反射面天线SAR卫星包括中国HJ-1C。
针对多星叠装发射、载荷轻量化设计、双频SAR成像等需求，本发明提出一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统设计方法，目前国内外在该领域尚且处于空白状态。未来基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统很有可能获得商业航天公司的批量采购，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，降低了卫星本体高度，实现叠装式一箭多星(大于6星)发射，大幅降低整星研制费用，缩短系统组网运行周期，提升反射面体制SAR系统的竞争力。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，包括：雷达中央控制处理器、X频段发射机、X频段功率放大器、X频段环形器、X频段天线馈源、天线双反射器、X频段接收机、S频段发射机、S频段功率放大器、S频段环形器、S频段天线馈源和S频段接收机；其中，雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给X频段发射机，X频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出X频段的脉冲信号；X频段功率放大器将接收的X频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的X频段脉冲信号；X频段环形器接收放大后的X频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的X频段脉冲信号；X频段天线馈源接收放大后的X频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的X频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收X频段天线馈源发射的放大后的X频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器，天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的X频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；天线双反射器的主反射器接收X频段地面散射回波，将X频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波反射向X频段天线馈源；X频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波输入X频段环形器；X频段环形器输入X频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出X频段地面散射回波到X频段接收机；X频段接收机输入X频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，X频段接收机输出X频段基带回波信号；雷达中央控制器接收X频段基带回波信号，进行存储和压缩。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给S频段发射机，S频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出S频段的脉冲信号；S频段功率放大器将输入的S频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的S频段脉冲信号；S频段环形器接收放大后的S频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的S频段脉冲信号；S频段天线馈源接收放大后的S频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的S频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收S频段天线馈源发射的放大后的S频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器；天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的S频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；天线双反射器的主反射器接收S频段地面散射回波，将S频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波反射向S频段天线馈源；S频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波输入S频段环形器；S频段环形器输入S频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出S频段地面散射回波到S频段接收机；S频段接收机输入S频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，S频段接收机输出S频段基带回波信号；雷达中央控制器接收S频段基带回波信号，进行存储和压缩。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，X频段的脉冲信号的中心频率为9.6GHz。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，S频段的脉冲信号的中心频率为3.2GHz。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，天线双反射器包括主反射器和副反射器；其中，主反射器为旋转抛物面，副反射器为双曲面；球面波经过副反射器和主反射器的两次反射后，形成平面波辐射出去。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，主反射器电气口径为4.0m×1.80m，焦距为1.70m；副反射器电气口径为1.6m×0.8m。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，X频段的脉冲信号的表达式为其中，rect(·)为矩形加窗函数，sx(τ)为发射X频段线性调频脉冲信号，τ为距离时间变量，Tpx为发射X频段线性调频脉冲信号的宽度，/>Kx＝Brx/Tpx为X频段线性调频脉冲信号的调频率，Brx为发射X频段线性调频脉冲信号的带宽，f0x为X频段的脉冲信号的中心频率。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，S频段的脉冲信号的表达式为其中，ss(s)为发射S频段线性调频脉冲信号，Tps为发射S频段线性调频脉冲信号的宽度，Ks＝Brs/Tps为S频段线性调频脉冲信号的调频率，Brs为发射S频段线性调频脉冲信号的带宽，f0s为S频段的脉冲信号的中心频率。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，发射X频段线性调频脉冲信号的宽度Tpx为20μs～40μs，发射X频段线性调频脉冲信号的带宽Brx为150MHz-1200MHz。
上述基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统中，发射S频段线性调频脉冲信号的宽度Tps为20μs～120μs，发射S频段线性调频脉冲信号的带宽Brs为20MHz～200MHz。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)与基于伞状反射面天线的系统相比，本发明的基于双反射面天线的SAR系统易于降低卫星本体高度，实现叠装式一箭多星(大于6星)发射，大幅降低整星研制费用，缩短系统组网运行周期，提升反射面体制SAR系统的竞争力。
(2)与平板相控阵天线的系统相比，本发明的基于双反射面天线的SAR系统通过多频段共用反射器，容易实现双频SAR成像。相控阵天线SAR系统如果要实现双频SAR成像，则需要采用双频段T/R，系统重量及成本代价高，实现难度大。
(3)本发明X+S双频段成像，X频段适用于高分辨成像、地形测绘等，S频段适用于地表变化监测，防灾减灾，地物分类，农作物森林植被观测等领域，X+S双频联合估计大气传播误差和提升形变测量精度。
(4)本发明具有S频段宽幅海事成像模式，该模式的PRF较低，图像方位模糊度较差(约-3dB～-4dB)，由于海上船只目标比较稀疏，因此目标方位模糊并不影响海面船只的检测精度，该模式适用于海上安全、通航管理与调度等领域。
(5)本发明的固面双反射面天线的型面精度高，可用来实现从L频段到Ka频段的SAR系统，因此双频段SAR系统容易扩展成多频段SAR系统，并且反射面天线的天线相位中心位置测量精度较高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统设计方法流程
图2基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统组成框图
图3星载X+S双频SAR系统发射和接收脉冲信号示意图
图4为X频段SAR系统2m/20km条带模式的地距分辨率；
图5为X频段SAR系统0.5m/10km聚束模式的地距分辨率；
图6为S频段SAR系统5m/20km条带模式的地距分辨率；
图7为S频段SAR系统20m/100km海事模式的地距分辨率；
图8为X频段SAR系统2m/20km条带模式的系统灵敏度；
图9为X频段SAR系统2m/20km条带模式的方位模糊度；
图10为X频段SAR系统2m/20km条带模式的距离模糊度；
图11为X频段SAR系统0.5m/10km聚束模式的距离模糊度；
图12为S频段SAR系统20m/100km海事模式的系统灵敏度；
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
双频星载SAR卫星是指轨道高度高于200公里的卫星，卫星安装X频段和S频段合成孔径雷达系统。本实施例主要考虑双频星载SAR的雷达频段和天线体制选择，确定系统的组成和收发信号工作流程，设计双反射面天线参数和发射信号参数，设计双频星载SAR系统的成像模式和成像性能。
图2基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统组成框图。如图2所示，该系统包括雷达中央控制处理器、X频段发射机、X频段功率放大器、X频段环形器、X频段天线馈源、天线双反射器、X频段接收机、S频段发射机、S频段功率放大器、S频段环形器、S频段天线馈源和S频段接收机；其中，
雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给X频段发射机，X频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出X频段的脉冲信号；X频段功率放大器将接收的X频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的X频段脉冲信号；X频段环形器接收放大后的X频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的X频段脉冲信号；X频段天线馈源接收放大后的X频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的X频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收X频段天线馈源发射的放大后的X频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器，天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的X频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
天线双反射器的主反射器接收X频段地面散射回波，将X频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波反射向X频段天线馈源；X频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波输入X频段环形器；X频段环形器输入X频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出X频段地面散射回波到X频段接收机；X频段接收机输入X频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，X频段接收机输出X频段基带回波信号；雷达中央控制器接收X频段基带回波信号，进行存储和压缩；
雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给S频段发射机，S频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出S频段的脉冲信号；S频段功率放大器将输入的S频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的S频段脉冲信号；S频段环形器接收放大后的S频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的S频段脉冲信号；S频段天线馈源接收放大后的S频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的S频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收S频段天线馈源发射的放大后的S频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器；天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的S频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
天线双反射器的主反射器接收S频段地面散射回波，将S频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波反射向S频段天线馈源；S频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波输入S频段环形器；S频段环形器输入S频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出S频段地面散射回波到S频段接收机；S频段接收机输入S频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，S频段接收机输出S频段基带回波信号；雷达中央控制器接收S频段基带回波信号，进行存储和压缩。
X频段的脉冲信号的中心频率为9.6GHz。S频段的脉冲信号的中心频率为3.2GHz。
天线双反射器包括主反射器和副反射器；其中，主反射器为旋转抛物面，副反射器为双曲面；球面波经过副反射器和主反射器的两次反射后，形成平面波辐射出去。主反射器电气口径为4.0m×1.80m，焦距为1.70m；副反射器电气口径为1.6m×0.8m。
X频段的脉冲信号的表达式为其中，rect(·)为矩形加窗函数，sx(τ)为发射X频段线性调频脉冲信号，τ为距离时间变量，Tpx为发射X频段线性调频脉冲信号的宽度，/>Kx＝Brx/Tpx为X频段线性调频脉冲信号的调频率，Brx为发射X频段线性调频脉冲信号的带宽，f0x为X频段的脉冲信号的中心频率。
S频段的脉冲信号的表达式为其中，ss(s)为发射S频段线性调频脉冲信号，Tps为发射S频段线性调频脉冲信号的宽度，Ks＝Brs/Tps为S频段线性调频脉冲信号的调频率，Brs为发射S频段线性调频脉冲信号的带宽，f0s为S频段的脉冲信号的中心频率。
本实施例还提供了一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统设计方法，如图1所示，该方法的步骤包括：
步骤1，选择双频SAR系统的雷达频段为X频段和S频段，X频段雷达中心频率为9.6GHz，S频段雷达中心频率为3.2GHz。
步骤2，选择双频SAR系统的天线体制为卡塞格伦双反射面天线(下面简称为双反射面天线)，主反射器为旋转抛物面，副反射器为双曲面。
步骤3，确定基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统的元器件组成。该系统由雷达中央控制处理器、X频段发射机、X频段功率放大器、X频段环形器、X频段天线馈源、天线双反射器、X频段接收机、S频段发射机、S频段功率放大器、S频段环形器、S频段天线馈源、S频段接收机组成。
步骤4，确定基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统的信号走向。
步骤4.1，X频段雷达工作中，雷达以脉冲重复频率(PRFx)依次发射X频段脉冲信号(步骤4.2)、接收X频段脉冲回波信号(步骤4.3)；
步骤4.2，雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给X频段发射机，X频段发射机输入控制指令和时钟信号，输出X频段的脉冲信号；X频段功率放大器将输入的X频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的X频段脉冲信号；X频段环形器输入放大后的X频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的X频段脉冲信号；X频段天线馈源输入放大后的X频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的X频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收X频段天线馈源发射的放大后的X频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器，天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的X频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
步骤4.3，天线双反射器的主反射器接收X频段地面散射回波，将X频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波反射向X频段天线馈源；X频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波输入X频段环形器；X频段环形器输入X频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出X频段地面散射回波到X频段接收机；X频段接收机输入X频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，X频段接收机输出X频段基带回波信号；雷达中央控制器输入X频段基带回波信号，进行存储和压缩。
步骤4.4，S频段雷达工作中，雷达以脉冲重复频率(PRFs)依次发射S频段脉冲信号(步骤4.5)、接收S频段脉冲回波信号(步骤4.6)；如图3所示。
步骤4.5，雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给S频段发射机，S频段发射机输入控制指令和时钟信号，输出S频段的脉冲信号；S频段功率放大器将输入的S频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的S频段脉冲信号；S频段环形器输入放大后的S频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的S频段脉冲信号；S频段天线馈源输入放大后的S频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的S频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收S频段天线馈源发射的放大后的S频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器，天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的S频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
步骤4.6，天线双反射器的主反射器接收S频段地面散射回波，将S频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波反射向S频段天线馈源；S频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波输入S频段环形器；S频段环形器输入S频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出S频段地面散射回波到S频段接收机；S频段接收机输入S频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，S频段接收机输出S频段基带回波信号；雷达中央控制器输入S频段基带回波信号，进行存储和压缩。
步骤5，设计双频星载SAR系统的双反射面天线参数，包括天线口径、天线波束和馈源、天线波束宽度、天线极化方式。
步骤5.1，依据最小天线面积限制设计天线口径：天线物理口径为4.0m×2.0m，主反射器电气口径为4.0m×1.80m，焦距为1.70m，副反射器电气口径为1.6m×0.8m。
步骤5.2，设计天线波束和馈源：天线形成3个波束，其中1个X频段波束、两个S频段波束，每个波束对应1个馈源，共计1个X频段馈源和2个S频段馈源；X频段波束为主波束，因此X频段馈源放在焦点处，两个S频段馈源紧靠X频段馈源，减少横向偏焦的增益损失。
步骤5.3，依据分辨率和成像幅宽限制设计天线波束宽度：X频段波束方位向宽度为0.5°，X频段波束俯仰向宽度为1.3°，X频段波束在方位向和俯仰向都指向天线法线方向；两个S频段波束的方位向宽度为1.5°，两个S频段波束的俯仰向宽度为3.0°，两个S频段波束在方位向偏离法线方向±1.5°，两个S频段波束在俯仰向偏离法线方向±1.35°，0°为天线法线方向；
步骤5.4，设计天线极化方式：X频段雷达和S频段雷达的发射和接收极化方式都是水平极化(H)。
步骤6，设计双频星载SAR系统的发射信号参数，X频段雷达发射峰值功率为3200W，S频段雷达发射峰值功率为2000W。
步骤6.1，发射X频段线性调频脉冲信号表达式为其中rect(·)为矩形加窗函数，sx(τ)为发射X频段线性调频脉冲信号，τ为距离时间变量，Tpx为发射X频段线性调频脉冲信号的宽度，Tpx的取值范围20μs～40μs。/>Kx＝Brx/Tpx为X频段线性调频脉冲信号的调频率，Brx为发射X频段线性调频脉冲信号的带宽，Brx的取值范围150MHz-1200MHz，f0x＝9.6GHz；
步骤6.2，发射S频段线性调频脉冲信号表达式为其中ss(s)为发射S频段线性调频脉冲信号，Tps为发射S频段线性调频脉冲信号的宽度，Tps的取值范围20μs～120μs。Ks＝Brs/Tps为S频段线性调频脉冲信号的调频率，Brs为发射S频段线性调频脉冲信号的带宽，Brs的取值范围20MHz～200MHz，f0s＝3.2GHz。
步骤7，依据星载SAR发射干扰和星下点干扰限制，设计双频星载SAR系统的脉冲重复频率。X频段雷达发射和接收信号的脉冲重复频率PRFx为4500Hz～6500Hz，S频段雷达发射和接收信号的发射重复频率PRFs为1500Hz～5500Hz。
步骤8，设计双频星载SAR系统的成像模式，X频段雷达工作于条带模式或滑动聚束模式，S频段雷达工作于条带模式或海事成像模式。
步骤8.1，X频段雷达条带模式成像分辨率和成像幅宽分别为2m和20km，工作入射角范围27°～45°，如图4所示；X频段雷达滑动聚束模式成像分辨率和成像幅宽分别为0.5m和10km，工作入射角范围20°～35°，如图5所示；
步骤8.2，S频段雷达条带模式的成像分辨率和成像幅宽分别为5m和20km，工作入射角范围11°～30°，如图6所示；S频段雷达海事成像模式的分辨率和成像幅宽分别为20m和100km，工作入射角范围20°～29°，如图7所示。
实施例
本实施例设计一个基于固面双反射面的星载X+S双频SAR系统。根据雷达方程和雷达系统参数计算SAR系统的系统灵敏度(NESZ)、图像地距分辨率、图像方位模糊度(AASR)、图像距离模糊度(RASR)。
实施例基于双反射面的双频SAR系统由X频段雷达和S频段雷达组成，天线体制为卡塞格林双反射面天线。天线的物理口径为4.0m×2.0m，主反射器电气口径为4.0m×1.80m，焦距为1.70m，副反射器电气口径为1.6m×0.8m。X频段波束方位向宽度为0.5°，X频段波束俯仰向宽度为1.3°，X频段波束在方位向和俯仰向都指向天线法线方向；两个S频段波束的方位向宽度为1.5°，两个S频段波束的俯仰向宽度为3.0°，两个S频段波束在方位向偏离法线方向±1.5°，两个S频段波束在俯仰向偏离法线方向±1.35°。
X频段雷达工作于条带模式或滑动聚束成像模式，雷达发射峰值功率为3200W，雷达发射和接收都是H极化，发射信号脉冲宽度30μs，PRF选择范围4850Hz～6140Hz。X频段雷达条带模式分辨率和成像幅宽分别为2m和20km，发射线性调频信号带宽150MHz～200MHz，工作入射角范围27°～45°；聚束模式分辨率和成像幅宽分别为0.5m和10km，发射信号带宽650MHz～1200MHz，工作入射角范围20°～35°。
S频段雷达工作于条带模式或海事成像模式，雷达发射峰值功率为2000W，雷达发射和接收都是H极化。S频段雷达条带模式下发射信号脉冲宽度45us，发射线性调频信号带宽65MHz～150MHz，PRF选择范围3820Hz～6135Hz。S频段雷达条带模式分辨率和成像幅宽分别为5m和20km，发射线性调频信号脉冲宽度45us，发射信号带宽65MHz～150MHz，PRF选择范围3820Hz～6135Hz；海事模式分辨率和成像幅宽分别为20m和100km，发射线性调频信号脉冲宽度90us，发射信号带宽25MHz～30MHz，PRF选择1660Hz。
分析计算结果表明，本发明设计的星载X+S双频SAR系统的条带模式成像系统灵敏度优于-20dB(图8所示)，图像方位模糊度优于-20dB(图9所示)，距离模糊度优于-21dB(图10所示)。X频段雷达聚束模式的距离模糊度优于-29dB(图11所示)；S频段雷达海事模式系统灵敏度优于-18dB(图12所示)，距离模糊度优于-30dB，方位模糊度优于-3dB，由于海上船只目标比较稀疏，因此目标方位模糊并不影响海面船只的检测精度。
与基于伞状反射面天线的系统相比，本发明的基于双反射面天线的SAR系统易于降低卫星本体高度，实现叠装式一箭多星(大于6星)发射，大幅降低整星研制费用，缩短系统组网运行周期，提升反射面体制SAR系统的竞争力；与平板相控阵天线的系统相比，本发明的基于双反射面天线的SAR系统通过多频段共用反射器，容易实现双频SAR成像。相控阵天线SAR系统如果要实现双频SAR成像，则需要采用双频段T/R，系统重量及成本代价高，实现难度大；本发明X+S双频段成像，X频段适用于高分辨成像、地形测绘等，S频段适用于地表变化监测，防灾减灾，地物分类，农作物森林植被观测等领域，X+S双频联合估计大气传播误差和提升形变测量精度；本发明具有S频段宽幅海事成像模式，该模式的PRF较低，图像方位模糊度较差(约-3dB～-4dB)，由于海上船只目标比较稀疏，因此目标方位模糊并不影响海面船只的检测精度，该模式适用于海上安全、通航管理与调度等领域；本发明的固面双反射面天线的型面精度高，可用来实现从L频段到Ka频段的SAR系统，因此双频段SAR系统容易扩展成多频段SAR系统，并且反射面天线的天线相位中心位置测量精度较高。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于包括：雷达中央控制处理器、X频段发射机、X频段功率放大器、X频段环形器、X频段天线馈源、天线双反射器、X频段接收机、S频段发射机、S频段功率放大器、S频段环形器、S频段天线馈源和S频段接收机；其中，
雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给X频段发射机，X频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出X频段的脉冲信号；X频段功率放大器将接收的X频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的X频段脉冲信号；X频段环形器接收放大后的X频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的X频段脉冲信号；X频段天线馈源接收放大后的X频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的X频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收X频段天线馈源发射的放大后的X频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器，天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的X频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
天线双反射器的主反射器接收X频段地面散射回波，将X频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波反射向X频段天线馈源；X频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的X频段地面散射回波，将该回波输入X频段环形器；X频段环形器输入X频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出X频段地面散射回波到X频段接收机；X频段接收机输入X频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，X频段接收机输出X频段基带回波信号；雷达中央控制器接收X频段基带回波信号，进行存储和压缩；
雷达中央控制处理器输出控制指令和时钟信号给S频段发射机，S频段发射机接收控制指令和时钟信号，输出S频段的脉冲信号；S频段功率放大器将输入的S频段的脉冲信号进行功率放大，输出放大后的S频段脉冲信号；S频段环形器接收放大后的S频段脉冲信号，经单向环形方向传输后输出放大后的S频段脉冲信号；S频段天线馈源接收放大后的S频段脉冲信号，辐射输出空间波束，向天线双反射器的副反射器发射放大后的S频段脉冲信号；天线双反射器的副反射器接收S频段天线馈源发射的放大后的S频段脉冲信号，将该信号反射回天线双反射器的主反射器；天线双反射器的主反射器接收天线双反射器的副反射器反射的放大后的S频段脉冲信号，然后将该信号反射向地面目标区域；
天线双反射器的主反射器接收S频段地面散射回波，将S频段地面散射回波反射向天线双反射器的副反射器；天线双反射器的副反射器接收天线双反射器的主反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波反射向S频段天线馈源；S频段天线馈源接收天线双反射器的副反射器反射的S频段地面散射回波，将该回波输入S频段环形器；S频段环形器输入S频段地面散射回波，经单向环形方向传输后输出S频段地面散射回波到S频段接收机；S频段接收机输入S频段地面散射回波，完成限幅放大、下变频和量化采样处理，S频段接收机输出S频段基带回波信号；雷达中央控制器接收S频段基带回波信号，进行存储和压缩；
天线双反射器包括主反射器和副反射器；其中，主反射器为旋转抛物面，副反射器为双曲面；球面波经过副反射器和主反射器的两次反射后，形成平面波辐射出去；
主反射器电气口径为4.0m×1.80m，焦距为1.70m；副反射器电气口径为1.6m×0.8m。
2.根据权利要求1所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：X频段的脉冲信号的中心频率为9.6GHz。
3.根据权利要求1所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：S频段的脉冲信号的中心频率为3.2GHz。
4.根据权利要求1所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：X频段的脉冲信号的表达式为其中，rect(•)为矩形加窗函数，sx(τ)为发射X频段线性调频脉冲信号，τ为距离时间变量，Tpx为发射X频段线性调频脉冲信号的宽度，/>Kx＝Brx/Tpx为X频段线性调频脉冲信号的调频率，Brx为发射X频段线性调频脉冲信号的带宽，f0x为X频段的脉冲信号的中心频率。
5.根据权利要求1所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：S频段的脉冲信号的表达式为其中，ss(τ)为发射S频段线性调频脉冲信号，Tps为发射S频段线性调频脉冲信号的宽度，Ks＝Brs/Tps为S频段线性调频脉冲信号的调频率，Brs为发射S频段线性调频脉冲信号的带宽，f0s为S频段的脉冲信号的中心频率，τ为距离时间变量。
6.根据权利要求4所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：发射X频段线性调频脉冲信号的宽度Tpx为20μs～40μs，发射X频段线性调频脉冲信号的带宽Brx为150MHz-1200MHz。
7.根据权利要求5所述的基于双反射面天线的星载X+S双频SAR系统，其特征在于：发射S频段线性调频脉冲信号的宽度Tps为20μs～120μs，发射S频段线性调频脉冲信号的带宽Brs为20MHz～200MHz。
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