專利名稱：星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波遙感定量化波譜測(cè)量技術(shù)，特別是涉及一種用于合成孔徑雷達(dá)圖像定量化應(yīng)用的地物微波波譜測(cè)量技術(shù)。
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的重要微波對(duì)地觀測(cè)(遙感)儀器。它具有全天時(shí)、全天候以及成像分辯率高的特點(diǎn)。與可見光與紅外遙感一樣，對(duì)合成孔徑雷達(dá)SAR圖像的定量化應(yīng)用不但需要進(jìn)行圖像處理方面的技術(shù)，還需要用圖像中不同灰度值對(duì)應(yīng)的地物波譜數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行圖像內(nèi)容的反演。目前地物波譜數(shù)據(jù)的獲取主要是通過陸基微波散射計(jì)實(shí)測(cè)得到的。
常規(guī)的陸基微波散射計(jì)通常采樣連續(xù)波調(diào)頻(FM-CW)制式。該制式的散射計(jì)為提高測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性通常都具有很寬的頻帶，一般至少達(dá)到15％，如中心頻率在5.3GHz時(shí)，帶寬可達(dá)800MHz以上。另外，它對(duì)其發(fā)射機(jī)的輸出功率沒有限制，通常使測(cè)量數(shù)據(jù)達(dá)到40dB的動(dòng)態(tài)為目標(biāo)。這樣的散射計(jì)技術(shù)在星載合成孔徑雷達(dá)上天之前已經(jīng)成熟并被大量應(yīng)用于波譜測(cè)量工作中。目前在合成孔徑雷達(dá)圖像應(yīng)用工作中使用的實(shí)測(cè)波譜也是由這樣的陸基散射計(jì)測(cè)量的。
但上述常規(guī)陸基微波散射計(jì)在用于合成孔徑雷達(dá)圖像應(yīng)用波譜測(cè)量時(shí)有以下主要不足1、信號(hào)帶寬與合成孔徑雷達(dá)不符(合成孔徑雷達(dá)的帶寬只有幾十MHz)，從而所測(cè)量波譜是地物對(duì)許多頻率響應(yīng)的平均，不能準(zhǔn)確地在地面上模擬合成孔徑雷達(dá)的測(cè)量結(jié)果；2、發(fā)射功率或接收機(jī)的動(dòng)態(tài)與合成孔徑雷達(dá)不具有同一性，因而會(huì)得到與合成孔徑雷達(dá)不同的地面穿透深度，這樣也就不可能得到與合成孔徑雷達(dá)同樣的測(cè)量結(jié)果；3、連續(xù)波調(diào)頻制式的陸基散射計(jì)要使用發(fā)射與接收分離的兩套天線系統(tǒng)，這在陸基平臺(tái)測(cè)量時(shí)由于作用距離較小，會(huì)引入一定的波束對(duì)準(zhǔn)誤差，從而影響測(cè)量精度。
參見[美]M.I.斯科爾尼克著的《(雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》(國(guó)防工業(yè)出版社1992年2月第一版)第三章，“連續(xù)波雷達(dá)與調(diào)頻雷達(dá)”。
本發(fā)明的目的是提供一種與星載或機(jī)載合成孔徑雷達(dá)同頻，同極化，同帶寬，同穿透深度，具有更高測(cè)量精度的陸基微波散射計(jì)。這樣的散射計(jì)稱為星(機(jī))地一體化的陸基微波散射計(jì)。
一種星(機(jī))地一體化的陸基微波散射計(jì)，其特征在于
(1)該散射計(jì)由發(fā)射單元1，功率與脈沖控制單元2，校準(zhǔn)開關(guān)3，收發(fā)環(huán)形器4，收發(fā)天線5，校準(zhǔn)支路6，接收開關(guān)7，接收放大單元8，檢波采樣單元9，數(shù)字處理與頻譜分析單元10和主控計(jì)算機(jī)11組成；(2)發(fā)射單元1在主控計(jì)算機(jī)11的控制下首先產(chǎn)生與合成孔徑雷達(dá)信號(hào)中心頻率相同的連續(xù)載波(CW)信號(hào)，并放大后送至功率與脈沖控制單元2；功率與脈沖控制單元2在主控計(jì)算機(jī)11的控制下根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的穿透深度，調(diào)整發(fā)射單元1的輸出功率，并對(duì)連續(xù)載波信號(hào)進(jìn)行截取，以獲得適當(dāng)?shù)陌l(fā)射信號(hào)脈沖寬度；校準(zhǔn)開關(guān)3在主控計(jì)算機(jī)11的控制下對(duì)由功率與脈沖控制單元2輸出的發(fā)射脈沖信號(hào)進(jìn)行切換，當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)3接通收發(fā)環(huán)形器4時(shí)，散射計(jì)處于測(cè)量狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)由收發(fā)環(huán)形器4接至收發(fā)天線5輻射出去，經(jīng)地物反射后，地面回波經(jīng)同一收發(fā)天線5接收，通過收發(fā)環(huán)形器4送至接收開關(guān)7；當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)3接通校準(zhǔn)支路6時(shí)，散射計(jì)處于校準(zhǔn)狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)被引入校準(zhǔn)支路6并經(jīng)過與實(shí)際作用距離相當(dāng)?shù)膫鬏斞訒r(shí)之后再到達(dá)接收開關(guān)7；經(jīng)由校準(zhǔn)支路6過來(lái)的校準(zhǔn)信號(hào)和經(jīng)由收發(fā)環(huán)形器4接收的測(cè)量信號(hào)分別通過接收開關(guān)7傳送至對(duì)接收或校準(zhǔn)信號(hào)在微波頻率進(jìn)行放大的接收放大單元8，接收放大單元8中插有自動(dòng)增益控制電路，并由主控計(jì)算機(jī)11加以控制；接收放大單元8將信號(hào)放大后送入檢波采樣單元9，在主控計(jì)算機(jī)11控制下直接檢波；然后該信號(hào)被送入數(shù)字處理與頻譜分析單元10，在主控計(jì)算機(jī)11控制下進(jìn)行數(shù)字處理與頻譜分析，得到最終的測(cè)量結(jié)果。
通過以上方案，本發(fā)明主要從帶寬和穿透深度兩方面最大限度地模擬了星(機(jī))載合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行地物后向散射測(cè)量的機(jī)理，使星(機(jī))地一體化的陸基微波散射計(jì)能夠與合成孔徑雷達(dá)達(dá)到盡可能大的兼容性，從而可以將該散射計(jì)測(cè)量到的地物后向散射波譜更為準(zhǔn)確地應(yīng)用于合成孔徑雷達(dá)圖像的反演。
附

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的工作過程。
本發(fā)明由發(fā)射單元1，功率與脈沖控制單元2，校準(zhǔn)開關(guān)3，收發(fā)環(huán)形器4，收發(fā)天線5，校準(zhǔn)支路6，接收開關(guān)7，接收放大單元8，檢波采樣單元9，數(shù)字處理與頻譜分析單元10和主控計(jì)算機(jī)11組成。
發(fā)射單元1在主控計(jì)算機(jī)11的控制下首先產(chǎn)生與臺(tái)成孔徑雷達(dá)信號(hào)中心頻率相同的連續(xù)載波(CW)信號(hào)，并放大至1W以上送至功率與脈沖控制單元2。功率與脈沖控制單元2在主控計(jì)算機(jī)11的控制下根據(jù)不同的星載或機(jī)載合成孔徑雷達(dá)在地面上能達(dá)到的穿透深度，調(diào)整發(fā)射單元1的輸出功率；并根據(jù)平臺(tái)架設(shè)高度對(duì)連續(xù)載波信號(hào)進(jìn)行截取，以獲得適當(dāng)?shù)陌l(fā)射信號(hào)脈沖寬度，從而保證測(cè)量是在很窄的頻帶下進(jìn)行的。主控計(jì)算機(jī)11對(duì)功率與脈沖控制單元2的功率輸出和脈沖寬度根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)與平臺(tái)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)然后將信號(hào)送入校準(zhǔn)開關(guān)3。校準(zhǔn)開關(guān)3在主控計(jì)算機(jī)11的控制下對(duì)由功率與脈沖控制單元2輸出的發(fā)射脈沖信號(hào)進(jìn)行切換。當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)3接通收發(fā)環(huán)形器4時(shí)，散射計(jì)處于測(cè)量狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)由收發(fā)環(huán)形器4接至收發(fā)天線5輻射出去，經(jīng)地物反射后，地面回波經(jīng)同一收發(fā)天線5接收，通過收發(fā)環(huán)形器4送至接收開關(guān)7；當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)3接通校準(zhǔn)支路6時(shí)，散射計(jì)處于校準(zhǔn)狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)被引入校準(zhǔn)支路6并經(jīng)過與實(shí)際作用距離相當(dāng)?shù)膫鬏斞訒r(shí)之后再到達(dá)接收開關(guān)7。校準(zhǔn)支路6的作用是對(duì)散射計(jì)進(jìn)行內(nèi)定標(biāo)，以消除由于發(fā)射單元1與接收放大單元8的增益漂移帶來(lái)的不穩(wěn)定性。接收開關(guān)7的主要功能是增大測(cè)量狀態(tài)時(shí)與發(fā)射單元1之間的隔離度以避免接收通道阻塞并在校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)接通校準(zhǔn)支路。經(jīng)由校準(zhǔn)支路6過來(lái)的校準(zhǔn)信號(hào)和經(jīng)由收發(fā)環(huán)形器4接收的測(cè)量信號(hào)分別通過接收開關(guān)7傳送至接收放大單元8。接收放大單元8的主要功能是對(duì)接收或校準(zhǔn)信號(hào)在微波頻率進(jìn)行放大。由于發(fā)射脈沖的寬度很窄，不能采用變頻放大的方式，所以接收放大單元8的功率放大倍數(shù)應(yīng)很高，通常為60dB。為防止信號(hào)過強(qiáng)時(shí)通道阻塞，接收放大單元8中應(yīng)插入自動(dòng)增益控制電路，并由主控計(jì)算機(jī)11加以控制。接收放大單元8將信號(hào)放大后送入檢波采樣單元9進(jìn)行直接檢波，然后該信號(hào)被送入數(shù)字處理與頻譜分析單元10進(jìn)行數(shù)字處理與頻譜分析，得到最終的測(cè)量結(jié)果。檢波采樣單元9的主要功能是對(duì)接收放大單元8輸出的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波并進(jìn)行高速模數(shù)(A/D)變換，將模擬時(shí)域信號(hào)盡可能完整地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。對(duì)應(yīng)不同的地物目標(biāo)，主控計(jì)算機(jī)11可選擇不同的采樣速率。數(shù)字處理與頻譜分析單元10的主要功能有四個(gè)一是計(jì)算回波到達(dá)時(shí)間從而確定天線到目標(biāo)的作用距離；二是如果由于作用距離的限制發(fā)射脈沖太窄，散布帶寬超過需要模擬的合成孔徑雷達(dá)信號(hào)的帶寬(通常如此)，數(shù)字處理與頻譜分析單元10將從信號(hào)中濾出需要的信號(hào)帶寬；三是要從復(fù)雜的測(cè)量信號(hào)中解出只由天線主波束覆蓋區(qū)內(nèi)散射回來(lái)的信號(hào)，以避免來(lái)自天線波束副瓣或周圍環(huán)境帶來(lái)的其它影響；最后是對(duì)回波功率進(jìn)行標(biāo)定，以向計(jì)算機(jī)輸出測(cè)量結(jié)果。主控計(jì)算機(jī)11是協(xié)調(diào)與指揮整個(gè)系統(tǒng)的中樞。它可以控制發(fā)射單元1的工作與停止、功率與脈沖控制單元2的功率輸出與脈沖寬度、校準(zhǔn)開關(guān)3與接收開關(guān)7的開關(guān)時(shí)序、接收放大單元8的自動(dòng)增益電路，檢波采樣單元9的采樣速率、數(shù)字處理與頻譜分析單元10的處理與分析參數(shù)，如回波到達(dá)時(shí)間，截取帶寬，波束寬度，幅度標(biāo)定修正系數(shù)等。本發(fā)明中，校準(zhǔn)開關(guān)3可以為一般的低插損微波開關(guān)，如電控機(jī)械式波導(dǎo)開關(guān)；校準(zhǔn)開關(guān)3也可采用小功率PIN微波開關(guān)或其它各種形式的微波開關(guān)。收發(fā)環(huán)形器4為常規(guī)的鐵氧體環(huán)形器。收發(fā)天線5包括天線轉(zhuǎn)臺(tái)，天線本身根據(jù)工作頻率的不同可采用反射面或其它形式的孔徑天線，天線的半功率波束寬度可取在10到15度之間。校準(zhǔn)支路6通常由同軸電纜實(shí)現(xiàn)，也可以用聲表面波無(wú)色散延時(shí)線。
權(quán)利要求
1.一種星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其特征在于1)該散射計(jì)由發(fā)射單元(1)，功率與脈沖控制單元(2)，校準(zhǔn)開關(guān)(3)，收發(fā)環(huán)形器(4)，收發(fā)天線5)，校準(zhǔn)支路(6)，接收開關(guān)(7)，接收放大單元(8)，檢波采樣單元(9)，數(shù)字處理與頻譜分析單元(10)和主控計(jì)算機(jī)(11)組成；2)發(fā)射單元(1)在主控計(jì)算機(jī)(11)的控制下首先產(chǎn)生與合成孔徑雷達(dá)信號(hào)中心頻率相同的連續(xù)載波(CW)信號(hào)，并放大后送至功率與脈沖控制單元(2)；功率與脈沖控制單元(2)在主控計(jì)算機(jī)(11)的控制下根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的穿透深度，調(diào)整發(fā)射單元(1)的輸出功率，并對(duì)連續(xù)載波信號(hào)進(jìn)行截取，以獲得適當(dāng)?shù)陌l(fā)射信號(hào)脈沖寬度；校準(zhǔn)開關(guān)(3)在主控計(jì)算機(jī)(11)的控制下對(duì)由功率與脈沖控制單元(2)輸出的發(fā)射脈沖信號(hào)進(jìn)行切換，當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)(3)接通收發(fā)環(huán)形器(4)時(shí)，散射計(jì)處于測(cè)量狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)由收發(fā)環(huán)形器(4)接至收發(fā)天線(5)輻射出去，經(jīng)地物反射后，地面回波經(jīng)同一收發(fā)天線(5)接收，通過收發(fā)環(huán)形器(4)送至接收開關(guān)(7)；當(dāng)校準(zhǔn)開關(guān)(3)接通校準(zhǔn)支路(6)時(shí)，散射計(jì)處于校準(zhǔn)狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)被引入校準(zhǔn)支路(6)并經(jīng)過與實(shí)際作用距離相當(dāng)?shù)膫鬏斞訒r(shí)之后再到達(dá)接收開關(guān)(7)；經(jīng)由校準(zhǔn)支路(6)過來(lái)的校準(zhǔn)信號(hào)和經(jīng)由收發(fā)環(huán)形器(4)接收的測(cè)量信號(hào)分別通過接收開關(guān)(7)傳送至對(duì)接收或校準(zhǔn)信號(hào)在微波頻率進(jìn)行放大的接收放大單元(8)，接收放大單元(8)中插有自動(dòng)增益控制電路，并由主控計(jì)算機(jī)(11)加以控制；接收放大單元(8)將信號(hào)放大后送入檢波采樣單元(9)，在主控計(jì)算機(jī)(11)控制下直接檢波；然后該信號(hào)被送入數(shù)字處理與頻譜分析單元(10)，在主控計(jì)算機(jī)(11)控制下進(jìn)行數(shù)字處理與頻譜分析，得到最終的測(cè)量結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中發(fā)射單元(1)的特征在于產(chǎn)生與合成孔徑雷達(dá)信號(hào)中心頻率相同的連續(xù)載波信號(hào)，并放大至1W以上。
3.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中的校準(zhǔn)開關(guān)(3)可以為一般的低插損微波開關(guān)，如電控機(jī)械式波導(dǎo)開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中的校準(zhǔn)開關(guān)(3)可采用小功率PIN微波開關(guān)或其它各種形式的微波開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中的收發(fā)環(huán)形器(4)為常規(guī)的鐵氧體環(huán)形器。
6.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中的收發(fā)天線(5)包括天線轉(zhuǎn)臺(tái)，天線本身根據(jù)工作頻率的不同可采用反射面或其它形式的孔徑天線，天線的半功率波束寬度可取在10到15度之間。
7.如權(quán)利要求1所述的星(機(jī))地一體化陸基微波散射計(jì)，其中的校準(zhǔn)支路(6)可以包括同軸電纜，也可以包括聲表面波無(wú)色散延時(shí)線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地物微波波譜測(cè)量技術(shù),它由發(fā)射單元1,功率與脈沖控制單元2,校準(zhǔn)開關(guān)3,收發(fā)環(huán)形器4,收發(fā)天線5,校準(zhǔn)支路6,接收開關(guān)7,接收放大單元8,檢波采樣單元9,數(shù)字處理與頻譜分析單元10和主控計(jì)算機(jī)11組成。本發(fā)明從帶寬和穿透深度最大限度地模擬了星(機(jī))載臺(tái)成孔徑雷達(dá)進(jìn)行地物后向散射測(cè)量的機(jī)理,與合成孔徑雷達(dá)達(dá)到盡可能大的兼容性,從而可以將測(cè)量到的地物后向散射波譜更為準(zhǔn)確地用于合成孔徑雷達(dá)圖像的反演。
文檔編號(hào)G01S13/52GK1191977SQ9712578
公開日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月30日
發(fā)明者吳季, 孫波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心