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高分辨率毫米波合成孔径雷达

高分辨率毫米波合成孔径雷达高分辨率毫米波合成孔径雷达 Thorsten Brehm Alfred W ahlen Helmut Essen [摘要] 德国FGAN FHR的MEMPHIS雷达是一种试验用脉冲多普勒毫米波雷达，该雷达同时工作在 35GHz和94GHz。利用100MHz或200MHz带宽的LFM线性调频可获得高距离分辨率。为了提高距离分辨率使之超过线性调频带宽所给出的 c／2B值，需利用由间隔为100MHz的8个步进产生的800MHz总带宽频率步进模式。为了能利用通过测量获得的而非合成的基准线性调频，在后...

高分辨率毫米波合成孔径雷达 Thorsten Brehm Alfred W ahlen Helmut Essen [摘要] 德国FGAN FHR的MEMPHIS雷达是一种试验用脉冲多普勒毫米波雷达，该雷达同时工作在 35GHz和94GHz。利用100MHz或200MHz带宽的LFM线性调频可获得高距离分辨率。为了提高距离分辨率使之超过线性调频带宽所给出的 c／2B值，需利用由间隔为100MHz的8个步进产生的800MHz总带宽频率步进模式。为了能利用通过测量获得的而非合成的基准线性调频，在后续的雷达数据处理中应避免常用的“展宽”处理，从而适应和补偿所有硬件导致的幅度和相位误差。由于“空间连结”，这种方式适用于距离范围远大于一单个线性调频长度距离的情况。高分辨率 SAR成像中存在的一个问题是如何适当补偿平台的运动，平台运动会在多普勒横向距离处理中产生干扰。本文阐述了毫米波SAR雷达的特性并着重讨论了解决方法。关键词毫米波合成孔径雷达高分辨率频率步进运动补偿 1 引言在很长一段时间里，试验雷达 MEMPHIS是在塔上或转台上以高带宽进行地面目标特征的测量的，采用的是逆合成孑L径雷达方法。若作为一种合成孑L径雷达进行空中测量，在 DBS处理时因前视几何关系、数据获取手段方面的限制，达不到这一分辨率。仅有 200MHz带宽的 MEMPHIS所获得的SAR数据的分辨率为 75cm。为了进行高带宽处理，必须开发一种新的算法。先期试验表明新的结构能够达到大约19cm的距离分辨率。然而，在任何环境状况(即飞行稳定条件)下都不可能获得同样的横向距离分辨率。而对于上述的75cm分辨率，对毫米波合成孔径雷达的运动补偿要求是适度的，横向距离的高分辨率处理要求有载机运动的附加信息。然而，可以证明装在前端的相对简单的加速度传感器可提供这些信息，该信息是在距离和横向距离上获得相等的分辨率所必不可少的。 2 MEMPHIS雷达的特征由FGAN．FHR研发的MEMPHIS毫米波雷达⋯ 是一种同时工作于35GHz和94GHz 的双频段雷达。在35GHz频率，发射机采用占空比高达10％的行波管，而在94GHz频率，发射机采用最大占空比为 1％的 EIA速调管。采用 100MHz或200MHz带宽的线性调频来获得高距离分辨率。通常情况下线性调频波长度为400ns，线性调频波发生器能产生的最大波形长度为 1200ns，此长度符合要求的 PRF和可利用的占空比。：Ic“High Resolution Millimeterwave SAR”；European Radar Conference 2004，the First European Radar Conference，P217-219；刘建忠译雷庚校维普资讯 http://www.cqvip.com 2 空载雷达 2007年第 4期 MEMPHIS雷达既用于地面塔上／转动台上的测量，也装在 Transall飞机上进行干涉SAR测量。这意味着测量距离范围能从 10米到 15米间变化或大于 1000米。由于后者比线性调频波形长度大得多，通常的“接收去斜率”是一种难以实现的技术。因此接收信号仅下变频至基频，并以l／B(B=单个线性调频带宽)采样成复值。为了把距离分辨率提高到超过线性调频波形带宽所给出的 c／2B值，在单个脉冲的线性调频波形顶部采用间隔为 100MHz 的8个步进实现附加的频率步进模式。由于每个线性调频波形都只下变频至其本身的载频和作相应采样，因而这种方法可避免过高的采样率。 3 带宽合成采用联合调频／步进频率方法要求有适当的后一处理来联合单个的调频。一些常用的方法有：频率步进线性调频 J、频率跳变脉冲，、合成带宽，引。最直接的方法是参考文献[2，7，8]中描述的方法，在这种方法中首先要为每一单个线性调频进行脉冲压缩。然后每个粗略分辨单元的N个结果都有一个可用下式描述的相位项：一 2R e tn’i式中 fⅡ=fo+n·Af (1) 此相位项与一般的步进频率法中的相位项相同。适当的匹配滤波器(MF)响应由逆离散傅里叶变换(IDFT)给出，这就使得每个粗分辨单元细分为 N个 HRR单元。此方法用于瞬时脉冲宽度相对较短的毫米波雷达的缺点是可能会发生十分强的旁瓣，取决于采样击打在散射体上的位置。因此在 MEMPHIS雷达中不再探讨其应用。另一个方法可将单个调频脉冲串联成一个长调频脉冲。这可以在时域 J、频域[4 '加或去斜坡模式下完成，这些将在以下部分予以阐述。 4 去斜坡后的连结当扩展 AR的一个距离间隔被长度为T 的线性调制脉冲照射时，后散射信号持续了 T+2AR／c=T+"i'R o如果采用常用的“展宽” 处理[1】，可通过约束条件T

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