賀彩琴，李敏慧，朱 力

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

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·數(shù)據(jù)處理·

機(jī)載SAR變采樣開啟波門技術(shù)研究

賀彩琴，李敏慧，朱 力

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

對(duì)于方位大斜視角、寬觀測(cè)帶、高分辨率機(jī)載合成孔徑雷達(dá)(SAR)系統(tǒng)，由于距離徙動(dòng)量巨大，若采用固定波門采樣技術(shù)，將導(dǎo)致無(wú)效數(shù)據(jù)量過大。針對(duì)這一技術(shù)問題，提出一種在雷達(dá)回波窗不跨脈沖重復(fù)周期的情形下連續(xù)變采樣開啟波門技術(shù)方法，根據(jù)距離徙動(dòng)變化曲線，連續(xù)變化采樣開啟波門位置，以此對(duì)距離徙動(dòng)進(jìn)行校正，可解決固定采樣開啟波門存在的無(wú)效數(shù)據(jù)量過大的技術(shù)問題。通過SAR系統(tǒng)仿真、機(jī)載飛行試驗(yàn)獲得的高質(zhì)量成像結(jié)果，驗(yàn)證了此方法的有效性。

變采樣開啟波門；距離徙動(dòng)；機(jī)載合成孔徑雷達(dá)

0 引 言

目前，國(guó)際上各種列裝的星載成像雷達(dá)均采用“固定波門”采樣技術(shù)。這種“固定波門”采樣技術(shù)在大斜視角、大幅寬、高分辨率成像的工作條件下，由于距離徙動(dòng)量巨大, 將使系統(tǒng)產(chǎn)生大量的無(wú)效數(shù)據(jù)[1-3]。距離線上這部分原始數(shù)據(jù)除了增加系統(tǒng)記錄和數(shù)傳的負(fù)擔(dān)外，在距離脈沖壓縮后進(jìn)行距離徙動(dòng)校正時(shí)，對(duì)成像觀測(cè)帶寬并無(wú)貢獻(xiàn)。

在方位大斜視角、大觀測(cè)帶、高分辨率機(jī)載合成孔徑雷達(dá)(SAR)系統(tǒng)中，分辨率達(dá)到0.1 m，因距離徙動(dòng)量大，若采用固定波門采樣技術(shù)，同樣會(huì)導(dǎo)致無(wú)效數(shù)據(jù)量過大。本文介紹一種變采樣開啟波門技術(shù)，根據(jù)距離徙動(dòng)變化曲線，連續(xù)變化采樣開啟波門位置，可以減少因距離徙動(dòng)帶來的大量無(wú)效錄取數(shù)據(jù)，從而減少SAR的數(shù)據(jù)率，大幅減小記錄設(shè)備和數(shù)傳設(shè)備的壓力，極大地提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。

1 工作原理

左側(cè)視前斜視聚束模式幾何圖如圖1所示。

圖1 斜視聚束模式幾何圖示

圖1中，A點(diǎn)為切入點(diǎn)，θd為方位角，即波束軸線與速度方向的夾角，R0為飛行航跡與地面目標(biāo)的最短距離，Δθ為聚束角(波束軸線的轉(zhuǎn)角)，則有[4-5]

(1)

式中：Ka為方位展寬系數(shù)，即天線幅度和相位誤差、成像加權(quán)等引起的展寬因子；ρa(bǔ)為方位分辨率；λ為雷達(dá)波長(zhǎng)。

切入點(diǎn)的斜距為

R切入=R0/sinθa

(2)

設(shè)飛機(jī)巡航速度為Vs，則合成孔徑時(shí)間為

(3)

根據(jù)切入點(diǎn)的θs、R0、Vs和波束軸線轉(zhuǎn)動(dòng)角Δθ，可得到離開點(diǎn)到地面目標(biāo)的斜距為

(4)

最大距離徙動(dòng)量對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度為

(5)

根據(jù)距離徙動(dòng)曲線，變化開啟采樣波門位置[6-8]，如圖2所示。

圖2 變采樣開啟波門示意圖

設(shè)采樣開啟波門一次變化一個(gè)步進(jìn)δt，則采樣開啟波門變化次數(shù)M為

M=Δt/δt

(6)

設(shè)脈沖重復(fù)頻率為fp，則合成孔徑時(shí)間內(nèi)發(fā)射的脈沖總數(shù)為N總=Tafp。采用一組脈沖變化一次采樣開啟波門位置，則脈沖組中脈沖數(shù)目N為

N=N總/M=Tafp/M

(7)

根據(jù)切入點(diǎn)斜距R切入和觀測(cè)帶寬W，確定切入點(diǎn)開啟波門斜距，然后根據(jù)距離徙動(dòng)曲線，連續(xù)變化采樣開啟波門斜距。

2 仿真與成像處理

表1為仿真所用的參數(shù)，由此得到的機(jī)載SAR系統(tǒng)仿真計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 仿真所用參數(shù)

表2 SAR系統(tǒng)仿真結(jié)果

在顯控計(jì)算機(jī)界面上，設(shè)置波束軸線轉(zhuǎn)動(dòng)角Δθ、飛行航跡與地面目標(biāo)的最短距離R0，由數(shù)據(jù)處理根據(jù)工作方式和實(shí)時(shí)慣導(dǎo)信息，計(jì)算出每組中脈沖數(shù)目N、開啟波門變化次數(shù)M等參數(shù)，實(shí)時(shí)控制定時(shí)器，每N個(gè)脈沖一組，從一個(gè)脈沖組切換到下一個(gè)脈沖組，開啟波門變換一個(gè)δt時(shí)間間隔，雷達(dá)參數(shù)處理流程如圖3所示。

圖3 變采樣開啟波門計(jì)算流程

若固定開啟波門，距離向壓縮后，強(qiáng)散射點(diǎn)的距離徙動(dòng)曲線為一條亮的曲線(看似直線)。由于變開啟波門，徙動(dòng)曲線變成若干條折線，每變一次波門，徙動(dòng)曲線就形成一條折線，如圖4所示。

圖4 距離壓縮后某一強(qiáng)散射點(diǎn)的距離徙動(dòng)曲線(變采樣開啟波門)

成像處理先把距離徙動(dòng)折線平移，拼接起來，形成連續(xù)的曲線，然后進(jìn)行距離徙動(dòng)校正和成像處理，三角形分布樹林的SAR成像結(jié)果如圖5所示，飛機(jī)垂直向下飛行，孔徑中心的方位斜視角為45°。

圖5 0.1 m分辨率聚束工作模式SAR圖像

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于方位大斜視高分辨率SAR的聚束模式，采用沿距離徙動(dòng)曲線變采樣開啟波門技術(shù)，可解決經(jīng)典固定波門方法因距離徙動(dòng)而帶來的大量無(wú)效數(shù)據(jù)問題。本文分析了采樣開啟波門的變化規(guī)律，給出了每組脈沖的脈沖數(shù)目和孔徑時(shí)間內(nèi)波門的變化次數(shù)實(shí)時(shí)控制算法，試飛時(shí)同時(shí)在雷達(dá)系統(tǒng)中采用高穩(wěn)定度基準(zhǔn)源和高精度定時(shí)技術(shù)，高精度確定每個(gè)采樣波門位置，便于距離徙動(dòng)校正和成像處理。試飛實(shí)驗(yàn)獲得了如圖5所示的高質(zhì)量圖像，驗(yàn)證了所提方法的有效性和正確性。該方法用于如星載雷達(dá)SAR這樣有巨量數(shù)傳需求的系統(tǒng)中，可以大大降低衛(wèi)星天線的數(shù)傳壓力，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率。

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賀彩琴 女，1967年生，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)軟件總體技術(shù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理。

李敏慧 女，1980年生，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)。

朱 力 男，1964年生，博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)。

A Study on Variable Sampling Wave Gate Technology of Airborne SAR

HE Caiqin，LI Minhui，ZHU Li

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

For large squint azimuth and high resolution wide swath imaging airborne synthetic aperture radar (SAR), there is much useless data caused by range cell migration using solid sampling wave gate. A method of using variable sampling wave gate to deal with the problem is introduced in this paper. Under the condition of none range ambiguity,the cell migration is calibrated by changing sampling wave gate.The effectiveness of this method is testified by the results from the SAR simulation and flight test from high resolution profiles.

variable sampling wave gate; range cell migration; airborne SAR

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.03.011

賀彩琴 Email：janehoe@126.com

2015-10-16

2015-12-18

TN911.7

A

1004-7859(2016)03-0051-03