雷达原理(第三版)__丁鹭飞第9章.ppt

所以多卜勒频移fd与x或t的关系近似为直线，见图9.18(b)。这一点可以进一步由图 9.19 得到证明，图中，雷达与目标之间的距离R0与雷达位置x的关系为 当角度不大时忽略高次项d2, 则球面波引起的波程差为 (9.2.15) 由波程差引起的相对相移(双程相移)为 (9.2.16) 由雷达运动引起的多卜勒频移为 (9.2.17) 由式(9.2.16)可知，相移φ与x呈平方关系，见图9.18(b)。多卜勒频移fd与x呈线性关系，见图 9.18(b)。 图 9.19 动目标坐标及其相位-距离(或时间)的关系 (a) 动目标坐标； (b) 相位-距离(时间)关系 图9.20 动目标坐标及其相位一距离(时间)的关系 这就说明，雷达接收机收到的将是一个线性调频信号，其宽度等于单个天线波束宽度所决定的能收到信号的时间。国这个信号若采用一般检取振幅显示的办法显示，则显示器画面的亮弧将与单个天线波束宽度一致，即角分辨度由单个天线决定。 如前分析，这是不能满足要求的。既然接收到的信号是线性调频信号，那么，能否用线性调频信号的脉冲压缩网络使收到的信号变窄呢? 当然是可以的。 我们知道，线性调频信号经过匹配滤波器之后，脉冲包络受到压缩，这等效于把天线的波束宽度变窄了，从而提高了角度分辨力。不过，这时所用x轴(或时间t)不是目标的斜距离，而是代表θ，即方位角度变化。所以，压缩后的信号是提高角分辨力而不是提高距离分辨力，这个信号宽度远大于信号往返于最大作用距离的时间，如果为脉冲法工作， 则远大于信号重复周期。 把辐射信号以复信号形式表示为 (9.2.18) 它经过点目标反射后又到达雷达天线。设该点目标的点反射系数为K(为了简化，先略去方向图的影响)，则反射信号为 (9.2.19) 通常飞机高度远小于距离，故 (9.2.20) 式中，td为双程延迟时间；R0相当于航路捷径的垂直距离。通常x R0 ， 故 (9.2.21) 代入(9.2.19)式，有 (9.2.22) 式中，第二项相移是垂直距离R0引起的，为一个常量；第三项相移为沿x轴的且与接收单元天线位置有关的相移，与x成非线性关系。 式中，v为飞机飞行速度， 令第三项相移为 (9.2.23) (9.2.24) 根据已学知识可知，相位函数随时间成平方关系的信号为线性调频信号，其角频率为 ω=ω0+μt= ω0 -2bv2t (9.2.25) 其中 可见，调频信号的角频率变化速度μ与飞机速度的平方成正比， 与垂直距离成反比。这些可以从图9.18中的角速度与径向速度的变化直观地看出来。 因此，飞机运动时，目标角位置的有用信息主要包含于相位函数φ(x)之中，这个φ(x)或多卜勒频率变化情况可从检波器输出端得到。这个信号也可叫零中频信号即多卜勒频率信号或叫相参视频。 (9.2.26) φ(x)中x的最大值是天线方向图主瓣照射的边界，即 (θ4 dB为单个天线 2/π强度处波束宽度即瑞利波宽。因为 所以 (9.2.27) 又 D为实际天线孔径, 所以 (9.2.28) (9.2.29) 即最高多卜勒频率等于单个天线孔径的倒数，为一常量。因为频偏为2fmax，所以线性调频信号的调频带宽为 (9.2.30) 在聚焦处理时，压缩脉冲宽度为 (9.2.31) 与输出波形的-4dB宽度一致(τ0也是用时宽表示的方位线分辨力)。 用x表示的方位线分辨力为 (9.2.32) 式(9.2.32)表明用脉冲压缩原理导出的结果与用合成阵列导出的结果［见(9.2.14)式］一致。 图 9.21 合成孔径雷达的照射情况与频移情况 铅垂面； (b) 水平面； (c) 不同距离目标的照射情况； (d) 不同距离目标的多卜勒频移 3. 合成孔径雷达的模糊问题  SAR为脉冲工作状态时，由于是对连续信号取样， 这时， 将存在二维模糊，即方位模糊及由相参脉冲列引起的距离模糊 方位角模糊是由于在脉冲工作状态时，合成孔径的工作等效于离散天线阵列缘故，即在每个位置上发收一个脉冲，经过d=vTr时间后再发射接收下一个回波脉冲。离散天线阵列的方向图具有栅瓣多值性。 合成孔径天线方向图函数F(θ)为 (9.2.33) 由于收发往返双程的相位差，故上式较一般的阵列天线方向图中的相角值增加 1 倍。 脉冲工作状态时，合成孔径雷达阵元距离d=vTr, v为平台速度，Tr为脉冲重复周期。(9.2.33)式的函数具有栅瓣多值性， 栅瓣或模糊波束的位置为 n为整数 (9.2.34) n=1为第一对模糊波束位置，见图 9.22