專利名稱：通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙感、目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域的雷達(dá)系統(tǒng)，特別是一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法及電路。
合成孔徑雷達(dá)是一種高分辨成像雷達(dá)系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用在遙感、目標(biāo)檢測等技術(shù)領(lǐng)域。合成孔徑雷達(dá)利用雷達(dá)回波信號的多普勒效應(yīng)進(jìn)行信號處理，實施合成孔徑，以實現(xiàn)方位向的高分辨率，利用調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)來實現(xiàn)距離向的高分辨率。如

圖1所示，其為一般合成孔徑雷達(dá)中信號處理的電路方框圖；該信號處理電路包括一載頻發(fā)生器11、一數(shù)據(jù)記錄裝置12、一A/D轉(zhuǎn)換器13、一匹配濾波器14、一功率放大器15、一低噪聲放大器16及一收發(fā)開關(guān)17；利用回波信號S(t)對載頻發(fā)生器11輸出的載頻信號調(diào)制后，經(jīng)收發(fā)開關(guān)17及低噪聲放大器16放大后，進(jìn)行正交分離，在經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)處理的信號由匹配濾波器14輸出到信號顯示系統(tǒng)。
要提高距離向分辨率，傳統(tǒng)的方法是提高調(diào)頻信號的時帶積，這就帶來了一些問題一是信號帶寬增大，這樣會使進(jìn)入系統(tǒng)的噪聲功率增大，從而降低了信噪比；二是信號帶寬增大后，相應(yīng)系統(tǒng)信號采樣率也要提高，這會導(dǎo)致系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量增大，給數(shù)據(jù)的實時處理、傳輸及數(shù)據(jù)存儲帶來很多困難。單純增加信號時寬(時帶積)在合成孔徑雷達(dá)中又帶來增加距離模糊程度等問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法，使用復(fù)合調(diào)頻信號的合成孔徑雷達(dá)工作新模式，以解決合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中高距離分辨率和寬系統(tǒng)帶寬之間的矛盾。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的電路，以實現(xiàn)使用復(fù)合調(diào)頻信號的合成孔徑雷達(dá)工作的新模式。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明采取如下措施本發(fā)明的一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法，包括如下步驟a、發(fā)射信號產(chǎn)生調(diào)頻脈沖信號，將調(diào)頻脈沖信號與載頻信號混頻、放大，再經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射；b、接收信號經(jīng)接收天線接收，經(jīng)放大器放大、信號分離，再經(jīng)放大器放大；c、模/數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)步驟b處理的信號，進(jìn)行正交分離后，再進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將接收信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；d、經(jīng)匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮；其特征在于在步驟a中所產(chǎn)生的調(diào)頻脈沖信號為至少兩個調(diào)頻子脈沖；在步驟d中匹配濾波器為至少兩套，以匹配至少兩種不同的回波信號。
其中所述至少兩個調(diào)頻子脈沖可為頻帶相同而調(diào)頻形式不同的調(diào)頻信號。
其中所述調(diào)頻子脈沖可為兩個調(diào)頻子脈沖，兩個調(diào)頻子脈沖為頻域帶寬相同而調(diào)頻斜率相反的線性調(diào)頻信號；相應(yīng)載波可為同一頻率的載波；在步驟d中匹配濾波器為兩套，以匹配兩種不同的回波信號。
其中所述步驟d中包括分別儲存子脈沖及合成子脈沖的步驟。
本發(fā)明的一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的電路，包括信號產(chǎn)生電路、載頻發(fā)生器、功率放大器、定時監(jiān)控電路、低噪聲放大器、信號分離電路、正交分離電路、數(shù)據(jù)記錄裝置、A/D轉(zhuǎn)換器、匹配濾波器及參考函數(shù)發(fā)生器；其特征在于，還包括子脈沖存儲器及合成器；
子脈沖存儲器的信號輸入端及輸出端分別連接匹配濾波器及合成器；信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生至少兩個調(diào)頻子脈沖；參考函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生至少兩個分別對應(yīng)子脈沖的參考函數(shù)。
其中所述信號產(chǎn)生電路可產(chǎn)生兩個調(diào)頻子脈沖；所述子脈沖存儲器包括第一子脈沖存儲器及第二子脈沖存儲器所述參考函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩個分別對應(yīng)兩個子脈沖的參考函數(shù)。
結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征詳細(xì)說明如下附圖簡單說明圖1現(xiàn)有合成孔徑雷達(dá)的信號處理電路的電路方框圖；圖2本發(fā)明中發(fā)射調(diào)頻子脈沖串的時域示意圖；圖3為采用現(xiàn)有的常規(guī)信號處理方法對合成孔徑雷達(dá)回波信號進(jìn)行方位向和距離向壓縮后的波形示意圖；圖4為在與圖3相同系統(tǒng)帶寬下采用本發(fā)明的合成孔徑雷達(dá)信號處理方法進(jìn)行距離和方位壓縮的結(jié)果示意圖；圖5本發(fā)明合成孔徑雷達(dá)的信號處理電路實施例的電路方框。
本發(fā)明的合成孔徑雷達(dá)采用復(fù)合調(diào)頻信號，即在發(fā)射端，發(fā)射信號不再采用傳統(tǒng)的單一線性調(diào)頻脈沖，而采用一系列形式不同但處于同一帶寬內(nèi)的子脈沖信號序列這種脈沖信號表示如下 T為復(fù)合調(diào)頻脈沖信號S(t)的周期在接收端，信號經(jīng)延時2R/c后，回到雷達(dá)天線(R為雷達(dá)天線到目標(biāo)的距離，C為光速)，Sr(t,s)為接收信號，Sr(f,s)=S(t-2R/c)，對Sr(t,s)中的每個子脈沖Sri(t,s)分別進(jìn)行距離向與方位向的脈沖壓縮距離向壓縮yri(t,s)=Sri(t,s)⊗hri(t)---i=1,2,···,n]]>方位向壓縮yai(t,s)=Sai(t,s)⊗hai(t)---i=1,2,···,n]]>其中hri(t,s)、hri(t,s)分別為距離向和方位向脈沖壓縮參考函數(shù)，在兩個方向壓縮完畢后，再對各分信號進(jìn)行相參合成y(t,s)=Σi=1yi(t,s)]]>Y(t,s)為輸出信號，若發(fā)射子脈沖信號Sr(t)形式選取適當(dāng)，經(jīng)相參合成后，雷達(dá)的距離分辨率將得到提高。在本發(fā)明的實施例中，采取兩個調(diào)頻形式不同的調(diào)頻子脈沖。 如圖2所示，其為本發(fā)明中發(fā)射調(diào)頻子脈沖串的時域示意圖(其中，橫坐標(biāo)為時間順序，縱坐標(biāo)為頻率)，以包含兩個子脈沖的脈沖串為例，S1(t)、S2(t)為兩個脈沖寬度相同(脈寬為T1)，但起始時間不同，調(diào)頻形式不同的周期子脈沖，2T2為其重復(fù)周期。
在接收到信號回波后，先進(jìn)行解調(diào)以去掉中心頻率f0的影響，再對二個子脈沖分別進(jìn)行脈沖壓縮后，得到y(tǒng)1(t,s)和y2(t,s)。相參合成后，y(t,s)=y1(t,s)+y2(t,s)。
如圖3、4所示，圖3為采用現(xiàn)有的常規(guī)信號處理方法對合成孔徑雷達(dá)回波信號進(jìn)行方位向和距離向壓縮后的波形示意圖；其中，主瓣的寬度代表雷達(dá)方位向和距離向的分辨率。同樣，圖4為采用頻帶復(fù)用方法對合成孔徑雷達(dá)回波信號進(jìn)行方位向和距離向壓縮后的波形示意圖；從圖中，很容易看出，采用兩種方法壓縮后的方位向波形相同，即其方位向分辨率相同，而后一種方法壓縮后的距離向波形的主瓣寬度只有常規(guī)方法壓縮后距離向波形主瓣寬度的一半，即其距離向分辨率為原來的兩倍。
本發(fā)明中發(fā)射子脈沖為頻帶相同而調(diào)頻形式不同的兩個調(diào)頻信號，從兩圖可以看出，距離向分辨率明顯提高了(如圖3A及圖4A)，而方位向分辨率不變(如圖3B及圖4B)；子脈沖S1(t,s)與S2(t,s)在二次壓縮后可使其距離向分辨率為c/(4Δf)，再相同反射帶寬情況下，它是現(xiàn)有合成孔徑雷達(dá)距離向分辨率c/(2Δf)的兩倍(此處c是光速，Δf是系統(tǒng)帶寬，方位向分辨率為Da/2)。
本實施例中發(fā)射子脈沖為兩個頻域帶寬相同而調(diào)頻斜率相反的線性調(diào)頻信號。
與現(xiàn)有方法相比，新方法改變或增加了以下幾個部分①在信號產(chǎn)生部分將產(chǎn)生兩個頻域帶寬相同而調(diào)頻形式不同的調(diào)頻信號，相應(yīng)載頻發(fā)生器也要產(chǎn)生兩個不同頻率的載波。
②為了區(qū)分開兩個不同調(diào)頻信號的回波，定時監(jiān)控部分要有相應(yīng)的控制。
③需要多套匹配濾波器以匹配至少兩種不同的回波信號。
④為了同時處理兩種不同的子脈沖回波，本發(fā)明增加了子脈沖存儲器部分及合成器部分。
如圖5所示，其為本發(fā)明的合成孔徑雷達(dá)中信號處理的電路方框圖；該電路除包括一載頻發(fā)生器11、一數(shù)據(jù)記錄裝置12、一A/D轉(zhuǎn)換器13、一匹配濾波器14、一功率放大器15、一低噪聲放大器16及一收發(fā)開關(guān)17以外；還包括與匹配濾波器14連接的相應(yīng)的子脈沖存儲器21(第一子脈沖存儲器211及第二子脈沖存儲器212)及合成器22，合成器22連接子脈沖存儲器21的信號輸出端；經(jīng)處理的信號由匹配濾波器14輸出到子脈沖存儲器21儲存，再經(jīng)合成器22合成后，輸出到信號顯示系統(tǒng)。
在增加了雷達(dá)處理器與信號處理的復(fù)雜度后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下效果①由于不同子脈沖信號僅信號形式不同而處于同一帶寬內(nèi)，在不改變系統(tǒng)帶寬的情況下，通過不同的匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮并進(jìn)行相干合成，雷達(dá)的距離向分辨率可以得到很大提高，如上例經(jīng)正確設(shè)計的信號使距離向分辨率提高了一倍。
②從另一方面來看，在保障同樣距離分辨率的情況下，新方法可以降低系統(tǒng)帶寬，從而節(jié)省了頻譜資源并提高了信噪比。
以上敘述是借實施例來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，并非用于限制本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法，包括如下步驟a、發(fā)射信號產(chǎn)生調(diào)頻脈沖信號，將調(diào)頻脈沖信號與載頻信號混頻、放大，再經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射；b、接收信號經(jīng)接收天線接收，經(jīng)放大器放大、信號分離，再經(jīng)放大器放大；c、模/數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)步驟b處理的信號，進(jìn)行正交分離后，再進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將接收信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；d、經(jīng)匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮；其特征在于在步驟a中所產(chǎn)生的調(diào)頻脈沖信號為至少兩個調(diào)頻子脈沖；在步驟d中匹配濾波器為至少兩套，以匹配至少兩種不同的回波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述至少兩個調(diào)頻子脈沖為頻帶相同而調(diào)頻形式不同的調(diào)頻信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述調(diào)頻子脈沖為兩個調(diào)頻子脈沖，兩個調(diào)頻子脈沖為頻域帶寬相同而調(diào)頻斜率相反的線性調(diào)頻信號；相應(yīng)載波可為同一頻率的載波；在步驟d中匹配濾波器為兩套，以匹配兩種不同的回波信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟d中包括分別儲存子脈沖及合成子脈沖的步驟。
5.一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的電路，包括信號產(chǎn)生電路、載頻發(fā)生器、功率放大器、定時監(jiān)控電路、低噪聲放大器、信號分離電路、正交分離電路、數(shù)據(jù)記錄裝置、A/D轉(zhuǎn)換器、匹配濾波器及參考函數(shù)發(fā)生器；其特征在于，還包括子脈沖存儲器及合成器；子脈沖存儲器的信號輸入端及輸出端分別連接匹配濾波器及合成器；信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生至少兩個調(diào)頻子脈沖；參考函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生至少兩個分別對應(yīng)子脈沖的參考函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于所述信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生兩個調(diào)頻子脈沖；所述子脈沖存儲器包括第一子脈沖存儲器及第二子脈沖存儲器；所述參考函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩個分別對應(yīng)兩個子脈沖的參考函數(shù)。
全文摘要
一種通過雷達(dá)頻率帶寬復(fù)用提高分辨率的方法及電路,本方法,包括以下步驟:發(fā)射信號,接收信號,模/數(shù)轉(zhuǎn)換,經(jīng)匹配濾波器進(jìn)行脈沖壓縮;發(fā)射信號為至少兩個頻帶相同而調(diào)頻形式不同的調(diào)頻子脈沖。本電路包括:信號產(chǎn)生電路、載頻發(fā)生器、定時監(jiān)控電路、正交分離電路、數(shù)據(jù)記錄裝置、A/D轉(zhuǎn)換器、匹配濾波器、參考函數(shù)發(fā)生器、子脈沖存儲器及合成器;子脈沖存儲器的輸入及輸出端分別連接匹配濾波器及合成器。本方法及電路可提高雷達(dá)的距離向分辨率。
文檔編號G01S13/50GK1298107SQ9912554
公開日2001年6月6日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日
發(fā)明者王貞松, 湯振宇, 丁丁 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所