2013北航研究生雷达课件许小剑第十章

发布时间:2021-08-28 16:51:12

北京航空航天大学研究生院

《现代雷达系统理论 现代雷达系统理论》 》
第10章

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像

北京航空航天大学 许小剑 2013年秋季学期
Xu: Radar Systems, Chapter-10 Xu: Radar Systems, Chapter-10

10.6 SAR成像基本原理

2

雷达成像分辨率

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像 10.6 SAR成像基本原理

径向距离分辨率:

?r ?

c 2B

h(t ) ?

sin(?Bt ) j 2?f 0t e ?Bt

FT
f0

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3

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4

横向距离分辨率:

由目标旋转运动造成的多普勒频率(第五章) 随时间变化的多普勒频率:

?c ?

? 2 ?? m
目标航迹 观测-1

ft ?
观测 m 观测-

2?

?

x

随目标转角变化的目标多普勒频率:

f? ?
雷达 雷达

2

?

x

雷达

运动目标实际航迹
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等效为旋转目标
5

两者都是在当前时刻,目标横向距离x的函数,即多普勒频率同目标横 向距离成 比例关系 向距离成正比例关系!
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SAR 成像分辨原理

第十章 高分辨率雷达成像与处理
SAR成像 传感器一般采 传感器 般采 用微波/毫米 波谱段,其两 维成像分辨原 理为一维距离 分辨加一维角 (方位或俯仰) 分辨。其中角 分辨依靠相干 多普勒处理。 普

10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像 10.6 SAR成像基本原理

星下点

SAR成像分辨原理:距离-多普勒分辨
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步进频率波形的时序 频率关系 步进频率波形的时序-频率关系

步进频率雷达系统原理框图

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10

步进频率雷达波形的模糊度函数

时延与多普勒切片:均为sinc函数

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发射波形
假设在一个脉冲串周期内,雷达发射信号为:

第1个脉冲串

第2个脉冲串

? Ae j ( 2?fit ??i ) , iTp ? t ? iTp ? t p ST (t ) ? ? 0 , 其它 ?
在某个时刻t ,位于距离 Rt 远处的点目标回波:

给定一个脉冲串,其第 i 个脉冲的频率为

f i ? f 0 ? i?f
总的频带宽度:

i ? 0,......, N ? 1

Sri (t ) ? A?e j{2?f i [t ?? (t )]?? i } , iTp ? ? (t ) ? t ? iTp ? t p ? ? (t )

B ? f N ?1 ? f 0 ? ( N ? 1) ?f ? N?f
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? (t ) ?

2( Rt ? Vt ) c

(双程传播时延)

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14

在雷达接收机中 收到的回波信号同下列参考信号进行混频处理 在雷达接收机中,收到的回波信号同下列参考信号进行混频处理:

接收机I、Q正交分量:

S ref (t ) ? Ke

j [ 2 ?f i ( t ?

2 R0 ) ?? i ] c

, iT p ? t ? iT p ? t p

? X I (t i ) ? Ai cos? i (t i ) ? ? X Q (t i ) ? Ai sin? i (t i )
其中

? i (ti ) ? ?2?f vi (

2r 2Vt i ? ) c c

对于每个时刻ti,发射脉冲的*灯德蔲i,经I/Q接收解调后的信号频率fvi ,可表 示为复数形式 示为复数形式: 由正交检波器提取出的I、Q正交分量为:

X ( f vi ) ? Ai e j? i , i ? 0,1,2,..., N ? 1
为了简化问题的分析,现假设目标的速度为0,

? X I (t i ) ? Ai cos? i (t i ) ? i ? i (t i ) ? X Q (t i ) ? Ai sin
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? i ? ?2?fvi
15
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4?f 2r ? ? vii r c c

点目标到参考中心的距离
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因此,对于单个点目标,回波为

X ( f vi ) ? Ai e

?j

4?f vi r c

, i ? 0,1,2,..., N ? 1

若N?M(步进频率点数大于目标 散射中心个数) 可记为 散射中心个数),可记为:

对于由M个点目标组成的复杂目标,第m个点目标回波为

X m ( f vi ) ? Ai ? m e

4?f vi rm ?j c

,

? ? Ak ? k ,  如果rk 处有目标散射中心 A?rk ? ? ? ,   k ? 0,1,2,..., N ? 1 ? ?0 , 如果 rk 处没有目标散射中心
(它定义了目标散射中心沿着径向距离(关于复散射强度和位置)的分布特性) 则有

m ? 0,1,2..., M ? 1; i ? 0,1,2,..., N ? 1
对于由M个点目标组成的复杂目标,则总回波为

X M ( f vi ) ? ? X m ( f vi )
m ?0

M ?1

?

M ?1 m ?0

?A

i

?me

4?f vi ?j rm c

X M ( f vi ) ? ? A(rk )e
k ?0

N ?1

?j

4?rk f vi c

, i ? 0,1,..., N ? 1

, i ? 0,1,..., N ? 1

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18

合成一维高分辨率距离像
可见,在SFW雷达中,随步进频率变化的目标回波同目标的一维距离像之间构成一 对离散傅里叶变换(DFT)关系。因此,为了得到各个距离单元上目标散射中心的分布, 可以通过 维逆离散傅里叶变换(IDFT)来实现: 可以通过一维逆离散傅里叶变换(IDFT)来实现: I/Q接收机输出回波信号

合成 维高分辨率距离像的处理步骤 合成一维高分辨率距离像的处理步骤
步骤-1:发射一串N个点频脉冲,脉间跳频步长?f,总带宽 (N-1) ?f; 步骤-2:对每一个脉冲的目标回波进行频率调谐窄带接收并 步 对每 个脉冲的 标 波进行频率调谐窄带接收并 采样,得到回波的I/Q正交通道信号; 步骤 3 采样的回波信号加窗(以抑制旁瓣电*) 速度 步骤-3:采样的回波信号加窗(以抑制旁瓣电*),速度、 相位和幅度校正;

X M ( f vi ) ? ? A(rk )e
k ?0

N ?1

?j

4?rk f vi c

, i ? 0,1,..., N ? 1

IDFT
N ?1 i ?0 4?f vi rk c

步骤-4:对校正后的回波作IDFT,得到1-D 步骤 4:对校正后的回波作IDFT,得到1 D HRRPs.

1 A(rk ) ? N
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?X

M

( f vi )e

j

, k ? 0,1,..., N ? 1

目标的合成一维距离像(散射中心随雷达径向距离的分布
19

Ref: D. R. Wehner, High Resolution Radar, Artech House, 2nd edition, , 1994.

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观测-m 观测

脉冲串周期
目标航迹 观测-1

要求N?M(步进频率点数大于目 标散射中心个数),为什么? 频 率

? ? Ak ? k ,  如果rk 处有目标散射中心 A?rk ? ? ? ,   k ? 0,1,2,..., N ? 1 如果 rk 处没有目标散射中心 ? ?0 , 如果
直观地,若 观 ,若N<M,则有 ,则有些距离单元将出现两个或以上的散射中心,永远不 离单元将出现 个或以 的散射中 ,永远不 能分辨。 注意到在SFW雷达系统中 而距离分辨率

雷达

对于每个观测,作IDFT得到一维距离像:

X M ( f vi ) ? ? A(rk )e
k ?0

N ?1

?j

4?rk f vi c

, i ? 0,1,..., N ? 1

B ? N ?f

IDFT

?r ?

c c ? 2 B 2 ? N ? ?f

A(rk ) ?
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1 N

? X M ( f vi )e
i ?0

N ?1

j

4?f vi rk c

, k ? 0,1,..., N ? 1
21

是否意味着,只要满足N?M,通过增大?f,就可以达到任意高的距离分辨率?
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Lmax ? rM ?1 ? r0

不可能!显然违背基本物理原理! 若假设参考距离处即为目标中心,目 若假设参考距离处即为目标中心 目 标的最大尺寸为:

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像 10.6 SAR成像基本原理

Lmax ? rM ?1 ? r0
(注意式中比参考距离*的r为负值!) 根据采样定理,为了不引起距离像混叠,要求

c ?f ? 2 Lmax
可见,在SFW脉冲雷达中,频率步进间隔的大小是受到目标最大尺寸限制的。 在满足此条件下,提高距离分辨率的途径是增加一个脉冲串内的频率步进脉冲个 数N。 因为合成意味高分辨率距离像处理采用IDFT,这实际上是在目标尺寸 ,这实际上是在目标尺寸一定时, 定时, 增加IDFT的点数,相当于增加不模糊距离单元的个数,即对目标“更细分”。
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24

LFM 波形
上调频: 下调频:
发射信号:

LFM 波形:上调频
? t? S Tx ( n , t ) ? A0 rect ? ?t ? p
频率:
f (t ) ? t 1 d ? (t ) ? f c ? ? t , t ? p 2? dt 2

? 2 ? e j [ 2 ?f ct ??? t? ] , ( t? ? t ? nT p ) ? ?

f min ? f c ? ?

tp 2

f max ? f c ? ?
总频带宽度 总频带宽度:

tp 2

B ? f max ? f min ? ?t p
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LFM波的频谱特性

LFM波的模糊图

S (? ) ?

1 ? j? 2 /( 4?B ) ?[C F ( x2 ) ? C F ( x1 )] ? j[ S F ( x2 ) ? S F ( x1 ) ? e ? ? B 2 ? ?

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LFM波的距离与多普勒切片
距离切片:

LFM 雷达系统原理框图

? ? ? ? ? ? ? (? ,0) ? ? 1 ? ?sinc ??t p (1 ? )?? ?, ? ? t p ? t ? tp ? ? p ? ? ? ?
?
tp ?? 1

? (? ,0) ? sinc??t p?? ? ? sinc??B? ?
多普勒切片:

? (0, f d ) ? sinc(?t p f d )
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雷达发射信号为:

接收机输出中频信号为:

? t? S Tx ( n , t ) ? A0 rect ? ?t ? p

? j [ 2 ?f c t ??? t? 2 ] ?e , ( t? ? t ? nT p ) ? ?

* S IF (n, t ) ? S Rx (n, t ) ? S ref ( n, t ) f 4?? ( c ?t? )( Rt ? R0 ) j ( Rt ? R0 ) 2 ? t? ? 2 Rt / c ? ? j 4?? 2 ?e c ? e c ? A ? rect? ? ? tp ? ?

在某个时刻t ,位于距离 Rt 远处的点目标回波:

? t? ? 2 Rt / c ? j 2?f c ( t ? 2 Rt / c ) j?? ( t? ? 2 Rt / c ) 2 ?e S Rx ( n , t ) ? A ? rect ? e ? ? t p ? ?
在雷达接收机中,收到的回波信号同下列参考信号进行混频处理: 式中

? t? ? 2 Rt / c ? j? ( n ,t? ) ?e ? A ? rect? ? ? t p ? ?

S ref (n, t ) ? e

j 2?f c ( t ? 2 R0 / c )

e

? ? 2 R0 / c ) 2 j?? ( t

4?? f c 2 R0 ? 4?? ? (n, t?) ? ? ( ? ? t )r ? 2 r 2 c ? c c
与 r成正比 残余视频相位 (RVP)
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对于由M个点目标组成的复杂目标,第m个 点目标回波为

单个点目标的频率分量为:

? t? ? 2( R0 ? rk ) / c ? j? ( n ,t? ) ?e k S IFk (n, t ) ? ? k rect? ? ? t p ? ?
式中
2 ?) ? ? 4?? ( f c ? 2 R0 ? t ?)rk ? 4?? ? k ( n, t rk 2 c c c ?

f ?k ?

1 d? k 2? ?? rk c 2? dt?

可见,在LFM雷达中,接收机回波的频率同目标(到参考中心的)距离成正比。 若目标由 M个散射中心组成, 离雷达最*的散射中心的回波频率为:

对于由M个点目标组成的复杂目标,则总回波为
M ?1 ? t? ? 2( R0 ? rk ) / c ? j? ( n ,t? ) ?e k S IF (n, t ) ? ? ? k ? rect? ? ? t k ?0 p ? ?

f ?1 ? ?
f? M ? ?

2? r0 c
2? rM ?1 c
34

离雷达最远处散射中心的回波频率为:

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LFM雷达的接收处理
故中频回波信号的总带宽为:

BIF ? f ?1 ? f ?M ? ?
(同目标尺寸成正比) 发射信号的射频带宽:

2L c

B RF ? ?t p
两者之比:

BIF 2 L L ? ? BRF ct p ct p / 2
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目标尺寸 (若发射脉宽远大于目标尺寸, 则此比值远小于1) 发射脉冲占据的距离 窗口尺寸
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回到第k个散射中心回波的相位: 若

? k (n, t?) ? ?

4?? f c 2 R0 ? 4?? 2 ( ? ? t )rk ? 2 rk c ? c c

BIF L ? ?? 1 BRF ct p / 2
有: 则接收机中ADC的带宽可以远远小于射频带宽 这是该接收体制的一个重要优点 则接收机中ADC的带宽可以远远小于射频带宽。这是该接收体制的 个重要优点。 这种接收处理也叫“展宽”(stretch)处理。

f ?k ? ?

2? rk c
2

tk ?

2rk f ? ? ?k ? c

不同距离上的目标, 其回波存在一个时延

?) ? 2?f ?k ( f c ? 2 R0 ? t ?) ? ?f ?k ? k (n, t c ? ?
同目标相对于参考中心 的距离成正比 非线性残余相位,对成像 处理无贡献
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“拉伸”(Stretch)处理: 采 样时间延长到

2L ? tp c

f ?k ? ?

2? rk c f ?k ? ? 2? rk c

?) ? 2?f ?k ( ? k (n, t

?

fc

?

2 R0 ? ?f ?2k ?t)? ? c
非线性残余相位,造成不同距 离上回波在时间上超前或滞后 离上回波在时间上超前或滞后, 产生“倾斜”,必须消除。
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线性相位,同目标相对于参考 中心的距离成正比 通过频率 中心的距离成正比,通过频率 分量分析可以分辨目标距离。
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“去倾斜”(Deskew)处理: 对第k个回 波,补偿一个时延 tk ? 2rk ? ? f ?k
c

?

在时间轴*迅骰夭ǚ至慷云
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Deskew处理相当于对回波作相位补偿: 处 相当 对 波作相位补偿

对于由M个点目标组成的复杂目标,经过上述处理后的总回波为 个点目标组成的复杂目标 经过上述处理后的总回波为
2
M ? t? ? 2 Rtk / c ? j 2?f t ?e ?k S IF (n, t?) ? ? ? k ? rect t? ? ? tp k ?1 ? ?

?) ? 2?f ?k ( f c ? 2 R0 ? t ?) ? ?f ?k ? k (n, t ? ? c
式中

?f ?k 2 ? ?

t?

?

fc

?

2 R0 ? ?t c

?) ? ? k (n, t?) ? ?f ?k ??k (n, t
2

在 A/D 采样处:

?

? 2?f ?k (

?

fc

?

2 R0 ? ? t ) ? 2?f ?k t c

? t? ? 2( R0 ? rk ) / c ? ? ?1 rect ? ? ? t p ? ?

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故 LFM雷达的目标回波信号为:

LFM雷达高分辨率一维距离像的处理流程
步骤-1:发射一个持续时间tp的LFM脉冲,总带宽?tp; 步骤-2:对该脉冲的目标回波进行去调频(Dechirp)接收; 步骤-3:对去调频接收后的中频回波进行去倾斜(Deskew)处 理并采样 得到回波的I/Q正交通道信号 理并采样,得到回波的I/Q正交通道信号; 步骤-4:采样的回波信号加窗(以抑制旁瓣电*),速度、 相位和幅度校正; 步骤-5:对校正后的回波作DFT,得到1-D HRRPs.
?k t

S IF (n, t ) ? ? ? k ? e j 2?f ?k t
k ?0
DFT

M ?1

f ?k ? ?

2? rk c

目标的一维距离像:

? k (n, f ?k ) ? ? S IF (n, t ) ? e ? j 2?f
k ?0
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M ?1

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LFM雷达距离压缩处理

S IF (n, t ) ? ? ? k ? e
k ?0
DFT

M ?1

j 2?f ?k t

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像

? k (n, f ?k ) ? ? S IF (n, t ) ? e
k ?0
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M ?1

? j 2?f ?k t

10.6 SAR成像基本原理

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转台目标成像
基本成像过程: ?静止雷达,具有恒定不变的波 束指向 ?目标被置于固定在某一距离的 转台上 ?雷达获取该旋转目标的回波信 号随频率和方位角变化幅度与 相位特性数据 ?对上述数据处理,得到目标的 径向和横向距离两维高分辨率 ISAR图像 微波暗室紧缩场测试系统

测试参数 测试参数: 中心频率:9.6 GHz 带宽:0.66 GHz 频率步长:3 MHz

GTRI外场转台测量数据处理示例

测试场景

方位:0-360°全方位数据 方位采样间隔: 0.05° 擦地角:28° 成像距离 1 0*0 3048 m 成像距离:150*0.3048 极化:HH 目标 T72坦克 目标:T72坦克
?

天线

Rs
Rs0

z

( x, y, z )

转台

y

成像结果
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RCS测试外场 目标复反射率函数
用于表征目标散射中心三维分布及 其散射特征随频率和姿态角变化,定 义为:

? (r, k ) ?

E s (R, r, k ) E inc (R , r, k )

均定义在目标本地坐标系下。

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假设如下: 假设如

考虑目标的距离-多普勒二维成像问题,此时目标的二维复反射率函数可以表示为

? ( x, y ) ?
? ? (r , ? )

Dz

? Dz

? ? ( x, y, z )dz

它是三维复反射率函数沿Z 轴积分的结果。 轴积分的结果 表征了三维目标的散射中心在径向和横向距 离上的二维分布特性。

? ( x, y , z )
则目标复反射率函数可以简化表示为:

-- 场量比值 -- 功率比值,与RCS具有相同 量纲。目标“散射亮度” 。

? (r , k ) ? ? (r ) ? ? ( r , ? , ? ) ? ? ( x , y , z )
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? ( x, y , z )
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2

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T-72 坦克的二维ISAR图像 典型 机模型的 维ISAR 图像 典型飞机模型的二维 像
背景景抵消前 背景抵消消后

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典型飞机模型的三维干涉ISAR像

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率
Original g VV

10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像 10.6 SAR成像基本原理

Original

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55

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目标运动补偿流程

运动目标的ISAR成像几何关系
目标运动分量: ? 径向距离偏移 ? 横向距离移动 ? 绕视线转动 ? 速度变化 ? 加速度变化
雷达 观测-m

目标航迹 观测测 1

距离粗对准

精补偿 其他运动分量均应通过处理予以补偿掉!

转台成 像处理

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58

第十章 高分辨率雷达成像与处理
10.1 雷达成像分辨率 10.2 步进频率(Step-Frequency)波形 10.3 线性调频(LFM)波形 10 4 旋转目标ISAR成像 10.4 10.5 运动目标的ISAR成像 10.6 SAR成像基本原理

SAR成像基本原理
? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求 ? SAR图像示例

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60

SAR 成像原理

实孔径雷达(RAR)

星下点

SAR成像 传感器一般采 传感器 般采 用微波/毫米 波谱段,其两 维成像分辨原 理为一维距离 分辨加一维角 (方位或俯仰) 分辨。其中角 分辨依靠相干 多普勒处理。 普

侧视机载雷达 (SLAR)

SAR成像分辨原理:距离-多普勒分辨
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62

多普勒波束锐化 (DBS)
天线波束宽度: 通过一组多普勒滤波器,把天线波束覆盖的一个距离分辨单元在方位 向细分为多个横向分辨单元。 (rad)

?B ?

?
D

横向距离分辨率:

? cr ? R ? ? B ? R

?
D

R
D
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? cr ? cr

(横向分辨率变差)

(横向分辨率变好)

63

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64

条带式合成孔径雷达(Stripmap p p SAR)

条带式合成孔径雷达(Stripmap p p SAR)
横向距离分辨率:

? cr ?

?
2??
?? ? LSA R

? cr ? R
通过相干处理和运动补偿合成一个很长的孔径,获得横向高分辨率

?
2 LSA
?B ? ?
D

D
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? cr

(横向分辨率变好)
65

LSA ? R? B ? R
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?
D

? cr ?

D 2

66

SLAR vs. Stripmap SAR

SAR成像基本原理
? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求

? cr ( SAR) ? cr ( RAR) D
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~
RAR ? LSAR

1 2
67

? SAR图像示例

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68

条带式(Stripmap SAR)

聚束波式(Spotlight SAR):

正侧视 stripmap ti SAR

斜视 stripmap SAR
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69

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70

扫描模式(Scan SAR):

SAR成像基本原理
? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求 ? SAR图像示例

环形扫描SAR是其一个特例

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71

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72

在 x-y *面上的等距离轮廓 SAR成像数据获取在3-D空间的几何关系
全向天线情况

定向天线情况?

星下点轨迹

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73

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74

在 x-y *面上的等多普勒轮廓

雷达

定向天线情况 定向天线情况?
星下点轨迹 星下点轨迹

x2 y2 ? 2 ?1 2 ( H cot ? ) H
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75

Xu: Radar Systems, Chapter-10

76

在 x-y *面上的等距离-多普勒轮廓

SAR成像基本原理
径向距离

? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求 ? SAR图像示例

星下点轨迹
横向距离

Xu: Radar Systems, Chapter-10

77

Xu: Radar Systems, Chapter-10

78

SAR 地面距离分辨率

Stripmap SAR横向距离分辨率

斜*面

?r ?

c 2B
地面*面 斜视:

斜视 stripmap SAR

? ?g ? r cos?
Xu: Radar Systems, Chapter-10

? cr ?
?

D cos ? sq ? ? , ( ? ? 1) 2? B 2? D cos ? q 2

正侧视:

? cr ?

(地面距离分辨率更低!)
79

D 2
80

Xu: Radar Systems, Chapter-10

Spotlight SAR 横向距离分辨率

SAR成像基本原理
? ? cr ? 2?? g
? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求 ? SAR图像示例

Xu: Radar Systems, Chapter-10

81

Xu: Radar Systems, Chapter-10

82

雷达PRF要求
横向距离 星下点轨迹

成像场景区

V ALOS ? ?V sin

?B
2

? ?V

?B
2

成像场景区
距离

VBLOS ? V sin

?B
2

?V

?B
2

?f D ?

2?Vmax

?

?

2

?

(VBLOS ? V ALOS ) ?

2V? B

?

?

2V D

若要求多普勒不模糊:

f R ? ?f D ?
Xu: Radar Systems, Chapter-10

2V D
84

83

Xu: Radar Systems, Chapter-10

多普勒 模糊 多普勒不模糊:

远处目标 发射脉冲

f R ? ?f D ?
距离不模糊:

2V D

fR ?

c 2R

2V c ? fR ? D 2R
tR ? 1/ f R

若*台速度一定,则要求: 若要求距离不模糊:

fR ?
Xu: Radar Systems, Chapter-10

c 2R
85
Xu: Radar Systems, Chapter-10

V ? tR ?

D 2



c ? tR ? 2R
86

SAR成像基本原理
? 实孔径(RAR)与合成孔径(SAR)雷达的角分 辨率 ? SAR主要模式 ? Stripmap SAR等距与等多普勒轮廓 ? 成像分辨率 ? 系统设计要求 ? SAR图像示例

Xu: Radar Systems, Chapter-10

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Xu: Radar Systems, Chapter-10

88

Xu: Radar Systems, Chapter-10

89

Xu: Radar Systems, Chapter-10

90

Xu: Radar Systems, Chapter-10

91

Xu: Radar Systems, Chapter-10

92

发展趋势一:图谱合一

结束语
? 雷达和光学感知均朝着“图谱合一”方向发展

未来雷达系统及其信息处理技术发展趋势

? 更宽的谱段 ? 更高的波谱分辨率和空间分辨率 ? 主被动融合 ? 保证了物理参数/属性反演的多样性和鲁棒性

Xu: Radar Systems, Chapter-10

93

Xu: Radar Systems, Chapter-10

94

雷达传感器:SAR与GMTI的结合

雷达感知的发展趋势: 图谱合一 图谱合
例:联合监视与目标攻击雷达系统(Joint STARS)
广域监视和运动目标指示(WAS/MTI) 是早期雷达的基本工作模式,用于探测、 定位和分辨慢速运动目标。与此不同, 位 分 动 , Joint STARS 通过对SAR/GMTI技术的结 合,具备了更强的功能:
?广域监视和测绘 ?高分辨率SAR/ISAR成像:可对地面目标 (SAR)和海面舰船目标(ISAR)成像 ?固定目标指示:利用高分辨力SAR图像实 现对固定目标(桥梁、机场、建筑物、停靠 的目标等)的指示 ?运动目标指示:基于高分辨力的GMTI ?自动目标识别:集成MSTAR已经形成的地 面目标识别能力
Xu: Radar Systems, Chapter-10

95 95
Xu: Radar Systems, Chapter-10

96

发展趋势二:智能感知
? 雷达和光学感知均越来越多地采用自适应感知技术 ? 根据目标与环境特征,设计传感器的波形、体制和信 息处 方法 息处理方法 ? 通过对局部目标和背景特征变化的实时处理和理解 通过对局部目标和背景特征变化的实时处理和理解, 系统可根据图像特征数据和目标类别自适应地调整探 测参数

智能感知(认知)雷达:波形优化与自适应处理
? (t )
hw (t )
hMF (t )
匹配滤波器

p (t )
发射波形

目标冲击 响应

rT (t )
目标 回波

?
n(t )

r (t )
接收 信号

白化滤波器

g (t )

hR (t )

干扰/噪声

波形自适应准则

发射和接收自适应处理雷达原理示意图

Xu: Radar Systems, Chapter-10

97

Xu: Radar Systems, Chapter-10

98

谢谢,请批评指正
许小剑 北京航空航天大学电子信息工程学院 京航空航 学电 信息 程学院 Tel:010-82316065 E il xiaojianxu@buaa.edu.cn Email: i ji @b d

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