CN1298107A - 通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法及电路 - Google Patents

Abstract

一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法及电路,本方法,包括以下步骤:发射信号,接收信号,模/数转换,经匹配滤波器进行脉冲压缩;发射信号为至少两个频带相同而调频形式不同的调频子脉冲。本电路包括:信号产生电路、载频发生器、定时监控电路、正交分离电路、数据记录装置、A/D转换器、匹配滤波器、参考函数发生器、子脉冲存储器及合成器;子脉冲存储器的输入及输出端分别连接匹配滤波器及合成器。本方法及电路可提高雷达的距离向分辨率。

Description

通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法及电路

本发明涉及一种遥感、目标检测技术领域的雷达系统，特别是一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法及电路。

合成孔径雷达是一种高分辨成像雷达系统，它广泛应用在遥感、目标检测等技术领域。合成孔径雷达利用雷达回波信号的多普勒效应进行信号处理，实施合成孔径，以实现方位向的高分辨率，利用调频脉冲压缩技术来实现距离向的高分辨率。如图1所示，其为一般合成孔径雷达中信号处理的电路方框图；该信号处理电路包括：一载频发生器11、一数据记录装置12、一A/D转换器13、一匹配滤波器14、一功率放大器15、一低噪声放大器16及一收发开关17；利用回波信号S(t)对载频发生器11输出的载频信号调制后，经收发开关17及低噪声放大器16放大后，进行正交分离，在经A/D转换器13转换成数字信号，经处理的信号由匹配滤波器14输出到信号显示系统。

要提高距离向分辨率，传统的方法是提高调频信号的时带积，这就带来了一些问题：一是信号带宽增大，这样会使进入系统的噪声功率增大，从而降低了信噪比；二是信号带宽增大后，相应系统信号采样率也要提高，这会导致系统处理的数据量增大，给数据的实时处理、传输及数据存储带来很多困难。单纯增加信号时宽(时带积)在合成孔径雷达中又带来增加距离模糊程度等问题。

本发明的目的在于提供一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法，使用复合调频信号的合成孔径雷达工作新模式，以解决合成孔径雷达系统中高距离分辨率和宽系统带宽之间的矛盾。

本发明的另一目的在于提供一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的电路，以实现使用复合调频信号的合成孔径雷达工作的新模式。

为达到上述目的本发明采取如下措施：

本发明的一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法，包括如下步骤：

a、发射信号：产生调频脉冲信号，将调频脉冲信号与载频信号混频、放大，再经发射天线发射；

b、接收信号：经接收天线接收，经放大器放大、信号分离，再经放大器放大；

c、模/数转换：经步骤b处理的信号，进行正交分离后，再进行模/数转换，将接收信号转换成数字信号；

d、经匹配滤波器进行脉冲压缩；

其特征在于：

在步骤a中所产生的调频脉冲信号为至少两个调频子脉冲；

在步骤d中匹配滤波器为至少两套，以匹配至少两种不同的回波信号。

其中：所述至少两个调频子脉冲可为频带相同而调频形式不同的调频信号。

其中：所述调频子脉冲可为两个调频子脉冲，两个调频子脉冲为频域带宽相同而调频斜率相反的线性调频信号；相应载波可为同一频率的载波；

在步骤d中匹配滤波器为两套，以匹配两种不同的回波信号。

其中：所述步骤d中包括分别储存子脉冲及合成子脉冲的步骤。

本发明的一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的电路，包括：信号产生电路、载频发生器、功率放大器、定时监控电路、低噪声放大器、信号分离电路、正交分离电路、数据记录装置、A/D转换器、匹配滤波器及参考函数发生器；其特征在于，还包括：

子脉冲存储器及合成器；

子脉冲存储器的信号输入端及输出端分别连接匹配滤波器及合成器；

信号产生电路产生至少两个调频子脉冲；

参考函数发生器产生至少两个分别对应子脉冲的参考函数。

其中：所述信号产生电路可产生两个调频子脉冲；

所述子脉冲存储器包括第一子脉冲存储器及第二子脉冲存储器：

所述参考函数发生器产生两个分别对应两个子脉冲的参考函数。

结合附图及实施例对本发明的具体结构特征详细说明如下：

附图简单说明：

图1：现有合成孔径雷达的信号处理电路的电路方框图；

图2：本发明中发射调频子脉冲串的时域示意图；

图3：为采用现有的常规信号处理方法对合成孔径雷达回波信号进行方位向和距离向压缩后的波形示意图；

图4：为在与图3相同系统带宽下采用本发明的合成孔径雷达信号处理方法进行距离和方位压缩的结果示意图；

图5：本发明合成孔径雷达的信号处理电路实施例的电路方框。

本发明的合成孔径雷达采用复合调频信号，即在发射端，发射信号不再采用传统的单一线性调频脉冲，而采用一系列形式不同但处于同一带宽内的子脉冲信号序列：这种脉冲信号表示如下：

T为复合调频脉冲信号S(t)的周期

在接收端，信号经延时2R/c后，回到雷达天线(R为雷达天线到目标的距离，C为光速)，S_r(t,s)为接收信号，S_r(f,s)=S(t-2R/c)，对S_r(t,s)中的每个子脉冲S_ri(t,s)分别进行距离向与方位向的脉冲压缩：

距离向压缩： $y_{r_i}(t,s)=S_{r_i}(t,s)\⊗h_{r_i}\left(t\right)---i=\mathrm{1,2},\·\·\·,n$

方位向压缩： $y_{a_i}(t,s)=S_{a_i}(t,s)\⊗h_{a_i}\left(t\right)---i=\mathrm{1,2},\·\·\·,n$

其中：h_ri(t,s)、h_ri(t,s)分别为距离向和方位向脉冲压缩参考函数，在两个方向压缩完毕后，再对各分信号进行相参合成： $y(t,s)=\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}{y}_i(t,s)$

Y(t,s)为输出信号，若发射子脉冲信号S_r(t)形式选取适当，经相参合成后，雷达的距离分辨率将得到提高。在本发明的实施例中，采取两个调频形式不同的调频子脉冲。

如图2所示，其为本发明中发射调频子脉冲串的时域示意图(其中，横坐标为时间顺序，纵坐标为频率)，以包含两个子脉冲的脉冲串为例，S₁(t)、S₂(t)为两个脉冲宽度相同(脉宽为T₁)，但起始时间不同，调频形式不同的周期子脉冲，2T₂为其重复周期。

在接收到信号回波后，先进行解调以去掉中心频率f₀的影响，再对二个子脉冲分别进行脉冲压缩后，得到y₁(t,s)和y₂(t,s)。相参合成后，y(t,s)=y₁(t,s)+y₂(t,s)。

如图3、4所示，图3为采用现有的常规信号处理方法对合成孔径雷达回波信号进行方位向和距离向压缩后的波形示意图；其中，主瓣的宽度代表雷达方位向和距离向的分辨率。同样，图4为采用频带复用方法对合成孔径雷达回波信号进行方位向和距离向压缩后的波形示意图；从图中，很容易看出，采用两种方法压缩后的方位向波形相同，即其方位向分辨率相同，而后一种方法压缩后的距离向波形的主瓣宽度只有常规方法压缩后距离向波形主瓣宽度的一半，即其距离向分辨率为原来的两倍。

本发明中发射子脉冲为频带相同而调频形式不同的两个调频信号，从两图可以看出，距离向分辨率明显提高了(如图3A及图4A)，而方位向分辨率不变(如图3B及图4B)；子脉冲S₁(t,s)与S₂(t,s)在二次压缩后可使其距离向分辨率为c/(4Δf)，再相同反射带宽情况下，它是现有合成孔径雷达距离向分辨率c/(2Δf)的两倍(此处c是光速，Δf是系统带宽，方位向分辨率为Da/2)。

本实施例中发射子脉冲为两个频域带宽相同而调频斜率相反的线性调频信号。

与现有方法相比，新方法改变或增加了以下几个部分：

①在信号产生部分将产生两个频域带宽相同而调频形式不同的调频信号，相应载频发生器也要产生两个不同频率的载波。

②为了区分开两个不同调频信号的回波，定时监控部分要有相应的控制。

③需要多套匹配滤波器以匹配至少两种不同的回波信号。

④为了同时处理两种不同的子脉冲回波，本发明增加了子脉冲存储器部分及合成器部分。

如图5所示，其为本发明的合成孔径雷达中信号处理的电路方框图；该电路除包括：一载频发生器11、一数据记录装置12、一A/D转换器13、一匹配滤波器14、一功率放大器15、一低噪声放大器16及一收发开关17以外；还包括与匹配滤波器14连接的相应的子脉冲存储器21(第一子脉冲存储器211及第二子脉冲存储器212)及合成器22，合成器22连接子脉冲存储器21的信号输出端；经处理的信号由匹配滤波器14输出到子脉冲存储器21储存，再经合成器22合成后，输出到信号显示系统。

在增加了雷达处理器与信号处理的复杂度后，与现有技术相比，本发明具有如下效果：

①由于不同子脉冲信号仅信号形式不同而处于同一带宽内，在不改变系统带宽的情况下，通过不同的匹配滤波器进行脉冲压缩并进行相干合成，雷达的距离向分辨率可以得到很大提高，如上例经正确设计的信号使距离向分辨率提高了一倍。

②从另一方面来看，在保障同样距离分辨率的情况下，新方法可以降低系统带宽，从而节省了频谱资源并提高了信噪比。

以上叙述是借实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的方法，包括如下步骤：

a、发射信号：产生调频脉冲信号，将调频脉冲信号与载频信号混频、放大，再经发射天线发射；

b、接收信号：经接收天线接收，经放大器放大、信号分离，再经放大器放大；

c、模/数转换：经步骤b处理的信号，进行正交分离后，再进行模/数转换，将接收信号转换成数字信号；

d、经匹配滤波器进行脉冲压缩；

其特征在于：

在步骤a中所产生的调频脉冲信号为至少两个调频子脉冲；

在步骤d中匹配滤波器为至少两套，以匹配至少两种不同的回波信号。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少两个调频子脉冲为频带相同而调频形式不同的调频信号。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述调频子脉冲为两个调频子脉冲，两个调频子脉冲为频域带宽相同而调频斜率相反的线性调频信号；相应载波可为同一频率的载波；

在步骤d中匹配滤波器为两套，以匹配两种不同的回波信号。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤d中包括分别储存子脉冲及合成子脉冲的步骤。

5、一种通过雷达频率带宽复用提高分辨率的电路，包括：信号产生电路、载频发生器、功率放大器、定时监控电路、低噪声放大器、信号分离电路、正交分离电路、数据记录装置、A/D转换器、匹配滤波器及参考函数发生器；其特征在于，还包括：

子脉冲存储器及合成器；

子脉冲存储器的信号输入端及输出端分别连接匹配滤波器及合成器；

信号产生电路产生至少两个调频子脉冲；

参考函数发生器产生至少两个分别对应子脉冲的参考函数。

6、根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述信号产生电路产生两个调频子脉冲；

所述子脉冲存储器包括第一子脉冲存储器及第二子脉冲存储器；

所述参考函数发生器产生两个分别对应两个子脉冲的参考函数。

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