合成孔径雷达 原理.ppt

合成孔径雷达原理;§1 合成孔径雷达原理; 飞机以速度va沿x方向匀速直线飞行，飞行高度为h，机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方向地面发射无线电波。垂直波束角为θr，航向波束角为θα，测绘带宽为W，最大合成孔径长度为：Lmax，最小合成孔径长度为： Lmin。被测目标为一理想点目标p，p点与航线x的垂直斜距为R0。取航线x和R0所构成的平面为坐标平面。 设飞机在t=0时处在坐标原点，某一时刻t，飞机的位置xa=vat。点目标p的位置在这个坐标系里是固定的，（xp，R0）。在t时刻，p与飞机上雷达天线的斜距R为：; 一般情况下， 则R可近似为： 天线发出的是周期性的相干等幅高频脉冲波，设其频率为f0，振幅为A，脉冲重复频率为fr，脉宽为τ。 ①假设发射的为一连续波余弦信号， 把实际信号看成是对连续信号的抽样，其抽样率即为脉冲重复频率fr； ②假定余弦信号的振幅归一化为1，起始相位为0，则有：; ， 发射信号 回波信号： K表示由距离R及其他因素引起的对信号幅度的衰减因子，τ0为信号往返延迟。 ， 那么， ;归一化以后有： 这里， 取实部后有： 这个信号的相位部分由三项组成： ：原始发射信号的一次相位（线性相位）； ：是随R0而变的相位项，但与时间无关。对同一 垂直斜距的目标来讲， R0是常数， 是常数相位； ; 最重要的相位项 随时间呈平方律变化的二次相位项 那么回波的瞬时频率为： f0是发射信号的载频，第二项就是因天线与目标相对运动而引起的Doppler频移，即： 随时间呈线性变化。;回波信号是一种线性调频信号，其调制斜率为： ; 点目标p引起的Doppler有一个范围，以 为中心向正负两方向变化。当 时，天线位置正好处在p点与航线的垂直斜距点 ；在 时刻以前， ，其最大值发生在： Ls为p点所在位置的合成孔径长度，Ts为合成孔径时间。此时的Doppler频移为： 在 时刻以后， 为正，fd 为负值，其最大 ; 值发生在 ，此时的Doppler频移为： 那么点目标p的回波Doppler频移的带宽为： 由于 所以有;从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点，即 这里 回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲： 假定 于是有 ，其频谱为： ; 利用驻定相位原理来计算上述积分。被积函数的相位为 驻定相位点的时刻tk为： 表示驻定相位点tk附近的时刻。 把相位项　　　　 在驻定相位点tk展成幂级数，用 表示回波信号的相位 ，有;在 很小的条件下，取前三项即可。 那么， 回波信号的相位谱为：;§2 从频谱分析、相关、匹配角度看合成孔径原理; 回波信号的Doppler带宽为： ，Ts是合成孔径时间。 p1、p2的区别 多普勒频率变化过程的起始点和终点不同。 设p1的回波信号的多普勒频率变化过程起始点为 ； 目标p2和p1的直线距离为： ，则p2的回波信号多普勒频率变化的起始点为： ; 因为va是常数，所以如果能够区分出Δ t也就是能分辨Δ x 。从频域角度看：在同一时刻二个回波信号的瞬时频率不一样，在t 时刻飞机的位置为 对于p1： 对于p2： 二者之差为： 如果能够分辨这个频率差，也就能分辨Δ x 。 ;; 将其振幅归一化后变为矩形振幅的单脉冲信号，脉宽为Ts（合成孔径时间）。 这类脉冲的频谱呈sinc型