一種用于星載輕型sar的大功率合成器和合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大功率合成器和合成方法，特別是一種用于星載輕型SAR的大功 率合成器和合成方法，可以在星上實現(xiàn)帆板的雙自由度運動，屬于微波遙感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載SAR是一種高分辨率微波成像雷達，與可見光、紅外等其他遙感器相比，具有 全天候、全天時、遠距離成像的特點，甚至能穿透植被或一定深度的地層，偵察被植被覆蓋 的，甚至地表以下一定深度的隱藏目標(biāo)信息。星載SAR更是由于高分辨率、全球性、全天候、 全天時的優(yōu)勢，解決了夜晚和云蓋對航天成像偵察的不利影響，已經(jīng)成為航天軍事偵察裝 備中不可或缺的重要組成部分。
[0003] 星載輕型SAR具有輕量化、敏捷性的特點，一般采用無源反射面天線體制。到目前 為止，國內(nèi)外無源反射面天線體制的星載SAR主要有德國的SARLupe、以色列的TECSAR，以 及我國的HJ-1C等。SARLupe采用單只X波段6000W脈沖行放直接提供系統(tǒng)所需的高峰值 發(fā)射功率射頻信號，其組成框圖如圖1所示。TECSAR采用由多只脈沖行放通過大功率合成 提供系統(tǒng)所需的大功率信號，但其具體技術(shù)細節(jié)及實現(xiàn)方法未見公開報道，HJ-1C采用多只 脈沖固放通過大功率合成提供系統(tǒng)所需的大功率信號，其組成框圖如圖2所示。
[0004] 從圖1可以看出，SARLupe大功率解決方案簡單，但需要數(shù)千瓦的X波段空間脈沖 行放，這對于西方軍事強國，已經(jīng)不是什么技術(shù)難題，但對于我國卻是技術(shù)瓶頸，短期內(nèi)很 難攻克空間大功率脈沖行放研制技術(shù)，并且很難從國外引進。另外，SARLupe的大功率解決 方案限制了雷達只能形成一個固定的波束，天線無法實現(xiàn)波束電掃描，很難實現(xiàn)如馬賽克、 掃描等對波束掃描速度有較高要求的成像模式，即使是滑動聚束、條帶等成像模式的波束 慢速切換也需要借助衛(wèi)星平臺的俯仰擺動來實現(xiàn)。對于國外來說，由于衛(wèi)星機動、姿控技術(shù) 水平高，很容易通過衛(wèi)星平臺在距離向的定點擺動，可以迅速到達指定天線視角，并迅速達 到姿態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，保證雷達能夠及時高效率進行成像，實現(xiàn)預(yù)定偵察任務(wù)。
[0005] 從圖2可以看出，HJ-1C大功率解決方案是由8個400W固放進行簡單合成，雖然 避免了大功率脈沖行放的技術(shù)瓶頸，但是在為了實現(xiàn)掃描等對波束掃描速度有較高要求的 成像模式時，不得不使用了需要承受800W的微波電子開關(guān)，雷達在軌工作時，電子開關(guān)不 停地快速切換，存在在軌失效風(fēng)險。
[0006] 通過查閱國內(nèi)外星載SAR的大功率合成技術(shù)現(xiàn)狀，已公開或可以參考的只有 HJ-1CSAR衛(wèi)星的大功率技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)只是將多只功放的功率合成為1路，再根據(jù)天線波 束的需要進行功分和大功率開關(guān)選擇，其缺點或不足是大功率開關(guān)研制難度大，而且存在 在軌失效風(fēng)險，導(dǎo)致整星功能失效或降低，另外現(xiàn)有技術(shù)有大功率功分器和大功率電子開 關(guān)，插損較大，降低系統(tǒng)靈敏度性能，而且控制關(guān)系復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于星載輕型SAR的大功率 合成器，信號輸入到功分器，電子開關(guān)將信號輸出到輸入Butler矩陣的某一端口，輸入Butler矩陣對信號按照一定相位關(guān)系進行功分，輸出到用于補償相位誤差的移相器組，移 相器組對信號進行相位誤差補償后輸出到脈沖行放組進行功率放大，脈沖行放組再將信號 輸出到輸出Butler矩陣，輸出Butler矩陣按照前面電子開關(guān)的選擇關(guān)系將信號合成到相 應(yīng)的輸出端口，最后信號經(jīng)過環(huán)行器進入到天線饋源形成相應(yīng)發(fā)射波束。以達到避免使用 大功率功分器和大功率電子開關(guān)，可靠性高，插損低，波位控制簡單等的優(yōu)點。
[0008] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種用于星載輕型SAR的大功率合成 器，包括波位控制模塊、輸入Butler矩陣、相位補償模塊、功率放大模塊、定向耦合模塊、相 位監(jiān)視模塊、輸出Butler矩陣、發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊和饋源陣；
[0009] 所述波位控制模塊利用電子開關(guān)選擇輸入Butler矩陣的輸入端口，將輸入信號 從選擇的輸入端口發(fā)送給輸入Butler矩陣中；
[0010] 所述輸入Butler矩陣對輸入的信號進行功分和相位非色散控制后輸出到相位補 償模塊進行色散型移相處理；所述相位補償模塊包括m個移相器；
[0011] 所述功率放大模塊包括m個行波管，發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊包括m個環(huán)行器和接收 機，定向耦合模塊包括m個定向耦合器，饋源陣包括m個饋源，功率放大模塊對色散型移相 處理后的信號進行功率放大后輸出給定向耦合模塊；
[0012] 定向耦合模塊對接收到的功率放大后的信號進行定向耦合，分為主線大功率信號 和輔線小功率信號，并將主線大功率信號輸出給輸出Butler矩陣，將輔線小功率信號輸出 給發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊；
[0013] 輸出Butler矩陣接收定向耦合模塊輸出的主線大功率信號進行大功率合成，選 擇輸出Butler矩陣的輸出端口將信號輸出后，通過發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊輸出給饋源陣； [0014] 發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊接收定向耦合模塊輸出的輔線小功率信號進行相位計算，得 到相位不一致性結(jié)果，并將相位不一致性結(jié)果輸出給相位監(jiān)視模塊；所述相位不一致性為 功率放大模塊中各個行波管的相位不一致性；
[0015] 相位監(jiān)視模塊將相位計算結(jié)果輸出給相位補償模塊，對后續(xù)輸入到功率放大模塊 的信號進行相位補償，使得功率放大模塊輸出信號的相位一致。
[0016] 所述輸出But1er矩陣的輸出端口與電子開關(guān)選擇的輸入But1er矩陣輸入端口相 對應(yīng)。
[0017] 所述m為2正整數(shù)倍。
[0018] 一種用于星載輕型SAR的大功率合成器，包括一個功分器和n個所述的大功率合 成器；
[0019] 所述功分器將輸入信號分為n路，且輸出端分別與n個所述大功率合成器的輸入 端連接，所述n為大于等于2的正整數(shù)。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0021] (1)本發(fā)明采用根據(jù)參與波束形成的饋源數(shù)目進行小信號功分，避免現(xiàn)有技術(shù)的 大功率功分，可以實現(xiàn)降低插損，提高系統(tǒng)靈敏度的優(yōu)點；
[0022] (2)本發(fā)明采用電子開關(guān)進行小信號選擇，避免現(xiàn)有技術(shù)的大功率開關(guān)，可以實現(xiàn) 降低插損，提尚系統(tǒng)靈敏度，提尚可靠性等的優(yōu)點；
[0023] (3)本發(fā)明在采用電子開關(guān)進行小信號選擇的同時實現(xiàn)天線波位控制功能，可以 實現(xiàn)降低系統(tǒng)分機、質(zhì)量，提高系統(tǒng)可靠性等的優(yōu)點；
[0024] (4)本發(fā)明采用butler矩陣，避免現(xiàn)有技術(shù)的大功率功分器和電子開關(guān)，可以實 現(xiàn)低插損、可靠性尚等的優(yōu)點；
[0025] (5)本發(fā)明采用在軌相位監(jiān)視，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能在軌對功放進行相位誤差補 償?shù)娜秉c，可以實現(xiàn)在軌誤差補償，提高合成效率的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0026] 圖1為SARLupe大功率技術(shù)框圖；
[0027] 圖2為HJ-1C大功率合成技術(shù)框圖；
[0028] 圖3為波束不展寬情況下星載輕型SAR大功率合成框圖；
[0029] 圖4為波束需展寬條件下星載輕型SAR的大功率合成框圖；
[0030] 圖5為butler矩陣隔離度對合成效率的影響示意圖；
[0031] 圖6為合成對信號波形的影響示意圖；
[0032] 圖7為合成對脈壓性能的影響示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0034] 圖3給出了天線波束不需要展寬的功率合成方案，即每個波束只需一個饋源便可 以形成，因此大功率合成為一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。從圖3可知，本發(fā)明提出的一種用于星載輕型 SAR的大功率合成器，其特征在于：包括波位控制模塊、輸入Butler矩陣、相位補償模塊、功 率放大模塊、定向耦合模塊、相位監(jiān)視模塊、輸出Butler矩陣、發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊和饋源 陣；
[0035] 所述波位控制模塊利用電子開關(guān)選擇輸入Butler矩陣的輸入端口，將輸入信號 從選擇的輸入端口發(fā)送給輸入Butler矩陣中；
[0036] 所述輸入Butler矩陣對輸入的信號進行功分和相位非色散控制后輸出到相位補 償模塊進行色散型移相處理；所述相位補償模塊包括m個移相器；所述m為2、4、或8等的 正整數(shù)。
[0037] 所述功率放大模塊包括m個行波管，發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊包括m個環(huán)行器和接收 機，定向耦合模塊包括m個定向耦合器，饋源陣包括m個饋源，功率放大模塊對色散型移相 處理后的信號進行功率放大后輸出給定向耦合模塊，
[0038] 定向耦合模塊對接收到的功率放大后的信號進行定向耦合，分為主線大功率信號 和輔線小功率信號，并將主線大功率信號輸出給輸出Butler矩陣，將輔線小功率信號輸出 給發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊；
[0039] 輸出Butler矩陣接收定向耦合模塊輸出的主線大功率信號進行大功率合成，選 擇輸出Butler矩陣的輸出端口將信號輸出后，通過發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊輸出給饋源陣；所 述輸出Butler矩陣的輸出端口與電子開關(guān)選擇的輸入Butler矩陣輸入端口相對應(yīng)。
[0040] 發(fā)射與接收網(wǎng)絡(luò)模塊接收定向耦合模塊輸出的輔線小功率信號進行相位計算，得 到相位不一致性結(jié)果，并將相位不一致性結(jié)果輸出給相位監(jiān)視模塊；所述相位不一致性為 功率放大模塊中各個行波管的相位不一致性；
[0041] 相位監(jiān)視模塊將相位計算結(jié)果輸出給相位補償模塊，對后續(xù)輸入到功率放大模塊 的信號進行相位補償，使得功率放大模塊輸出信號的相位一致。
[0042] 圖4給出了天線波束需要展寬的功率合成方案，這時，每個波束需要兩個甚至兩 個以上的饋源形成，因此大功率合成為兩個上下對稱的網(wǎng)絡(luò)，如果需要多個饋源，則需要多 個網(wǎng)絡(luò)，考慮到系統(tǒng)復(fù)雜度，一般每個波束參與的饋源數(shù)目不宜過多。天線波束需要展寬的 功率合成方案中的大功率合成器包括一個功分器和n個圖3中所不的大功率合成器；
[0043] 所述功分器將輸入信