【ch09】高分辨力雷达

高分辩力雷达第九章雷达原理（第6版）高等学校电子信息类精品教材01雷达分辩力PARTONE一、雷达分辩力1.距离和速度分辨力

一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力

1.距离和速度分辨力一、雷达分辩力2.模糊函数及其性质

一、雷达分辩力模糊函数也可由频域表示。已知能量原理为2.模糊函数及其性质一、雷达分辩力

2.模糊函数及其性质一、雷达分辩力

2.模糊函数及其性质一、雷达分辩力

2.模糊函数及其性质一、雷达分辩力

2.模糊函数及其性质一、雷达分辩力（3）体积不变性所谓体积不变性就是体积不变性说明模糊图的体积是常量，只要信号能量一样，体积与信号形式无关。但这并不是说雷达信号不需要进行设计了，因为虽然总体积不变，但由于信号形式不同，模糊图的分布也不同，因此其潜在分辨力理论测量精度以及环境适应能力等因素也随之改变。可以根据雷达目标的环境等实际需要，选取适当的信号形式。2.模糊函数及其性质02高距离分辨力信息及其处理PARTTWO二、高距离分辨力信息及其处理1.线性调频脉冲压缩信号的匹配滤波器线性调频信号是通过非线性相位调制或线性频率调制(LFM)来获得大时宽带宽的，在国外又将这种信号称为chirp信号，这是研究得最早而又应用最广泛的一种脉冲压缩信号。采用这种信号的雷达可以同时获得远作用距离和高距离分辨力。与其他脉冲压缩信号相比，它还具有以下优点:所用匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，因而可以用一个匹配滤波器来处理具有不同多普勒频移的信号，这将大大简化信号处理系统。另外，这类信号的产生和处理比较容易，且技术上比较成熟，这也是它获得"泛应用的原因。其主要缺点是存在距离与多普勒频移的耦合及匹配滤波器输出旁瓣较高。为压低旁瓣常采用失配处理，这将降低系统的灵敏度。下面具体讨论线性调频信号。二、高距离分辨力信息及其处理

1.线性调频脉冲压缩信号的匹配滤波器二、高距离分辨力信息及其处理线性调频信号的波形见图9.14。1.线性调频脉冲压缩信号的匹配滤波器二、高距离分辨力信息及其处理以上讨论的线性调频信号有比较大的时宽频宽积，可以用来解决雷达检测能力和距离分辨力的矛盾。线性调频信号是连续型的信号，为了满足雷达性能的上述要求，还可以采用离散型的编码信号。其中具有较大实用意义的是二相编码信号，包括巴克编码、M序列编码、L序列编码和互补编码等。这类信号与线性调频脉冲信号不同，当回波信号与匹配滤波器间有多普勒失谐时，滤波器输出信噪比下降，故有时称为多普勒灵敏信号。它常用于目标多普勒频率变化范围较窄的场合。在多普勒频率变化范围较大时，要对多普勒频率予以补偿，或用多路并联处理不同的多普勒频率信号。2.编码信号及其匹配滤波器二、高距离分辨力信息及其处理

2.编码信号及其匹配滤波器二、高距离分辨力信息及其处理

2.编码信号及其匹配滤波器二、高距离分辨力信息及其处理

2.编码信号及其匹配滤波器03合成孔径雷达(SAR)PARTTHREE三、合成孔径雷达（SAR）1.SAR的基本工作原理正侧视状态时的SAR，其天线波束指向垂直于雷达平台的运动方向，如图9.31所示。机上的雷达等速直线运动，天线指向(视轴方向)与运动方向垂直。雷达在运动过程中不断地发射并接收来自目标的反射回波，回波经接收系统的相参处理对其振幅和相位信息进行检测和存储，雷达天线直线运动一段距离，则接收设备会收到一串在不同航线位置的目标回波，这些回波信息的叠加将等效于一个长天线阵所收到的回波信号，即综合成为一个大孔径的天线。与真实孔径天线不同的是：所收到不同位置的回波不是同时的，而是对依靠雷达的直线运动而分时顺序获得的。三、合成孔径雷达（SAR）对于合成阵列而言，当目标处于无穷远处时，其反射的回波可视为平面波。而实际的目标距离往往不满足平面波照射的条件。对应于不同的距离，目标后向散射的波前是半径不同的球面波。如果接收系统在信号处理时，对合成阵列上各点对应于不同距离的球面波前分别予以相位补偿后再实行相参积累，对应于这样的处理模式称为聚焦处理。而在积累前不改变各点接收信号间的相位关系，即不加任何相位补偿时，这种情况称为非聚焦处理。1.SAR的基本工作原理三、合成孔径雷达（SAR）

1.SAR的基本工作原理三、合成孔径雷达（SAR）2.SAR的参数

三、合成孔径雷达（SAR）

2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）n为其他整数时还有栅出现这些成一列方位几乎是等间隔且幅度相等的波列。SAR要测的是0=0°这个合成波束所对准的地面目标区，而其他合成模糊波束对准方向所接收的回波形成了重叠在所要求地面目标区上的于扰信号，必须抑制掉这些干扰才能获得目标区的清晰图像。抑制模糊波束的方法从原理上讲是明确的，因为线阵的实际方向图是阵元方向图和阵列方向图的乘积。如果设计阵元方向图(即真实天线的方向图)的零点正好在合成阵列天线方向图模糊波束出现的角度上，则可消除模糊栅瓣的影响，如图9.38所示。2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）

2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）

2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）

2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）

2.SAR的参数三、合成孔径雷达（SAR）3.SAR的信号处理

三、合成孔径雷达（SAR）先讨论最简单的情况，即距离徙动的影响可以忽略，这时可以将距离和方位向的压缩视为两个独立维滤波，如图9.40所示的。3.SAR的信号处理三、合成孔径雷达（SAR）利用光学技术的SAR信号处理开始于20世纪50年代中期。在地面的光学工作台上，通过使用特殊的透镜和相干光源，可以将记录在SAR飞机胶卷上的雷达数据处理为地图。这种类型的光学处理是常规的SAR成像方法，而目前SAR成像的趋势则明显朝数字处理方向发展。数字处理虽然十分复杂，但它的优点是精确和灵活。数字处理设备可装在载机(或其他运动平台)上，只要数字部件的运算速度足够快则可在载机上进行实时处理，而不像光学处理那样需要等载机着陆后在地面室内进行。进行SAR数字信号处理时还需预先做运动补偿，以便去除运动平台非恒速、非直线运动以及由于气流影响产生的高低波动和左右摇摆等各种不规则分量，使输入至大容量存储器中待处理的数据具有载机是等速、等高直线飞行的性质。3.SAR的信号处理三、合成孔径雷达（SAR）正侧视SAR常采用线性调频信号(LFM)来获得距离上的高分辨力。信号处理可采用两种方式：一种是在距离向用模拟处理，如用表面声波器件进行脉冲压缩，在方位向(横向)用数字处理，另一种是在距离向和方位向均采用数字处理。运动补偿和聚焦等均可在数字处理中进行。横向处理时，聚焦相位校正则应针对不同的距离进行不同的校正，因为近距离目标回波线性调频斜率大，即二次方相位变化快:远距离目标回波线性调频斜率小，一次方相位变化慢。SAR图像的产生是一种二维处理的结果。数字化SAR处理器采用独立的两个一维处理来实现，二维的相关(或匹配滤波)实现了斜距上的脉冲压缩和横向距离上的方位压缩。3.SAR的信号处理三、合成孔径雷达（SAR）

3.SAR的信号处理三、合成孔径雷达（SAR）

3.SAR的信号处理04逆合成孔径雷达（ISAR）PARTFOUR四、逆合成孔径雷达（ISAR）1.引言合成孔径雷达(SAR)是运动雷达对固定的目标成像，适用于地形测绘等场合。雷达装在运动载体(飞机、卫星)上，由于雷达相对于地面固定目标的运动，使固定目标的回波在不同的横向距离时有相异的多普勒频率，即同一点目标的回波将是一个多普勒频率变化的信号，该回波序列经过适当处理后可获得高的横向分辨力，再加上距离上(纵向)用大带宽信号获得高的距离分辨力，综合起来可以得到观测区域内清晰的地形图像。我们还注意到，当雷达进行合成孔径移动时，目标回波在距离上的徙动应小于距离分辨单元，才能进行有效的回波序列相参处理，如果超过则需经过适当的补偿才可能得到好的图像。四、逆合成孔径雷达（ISAR）逆合成孔径(ISAR)雷达通常是静止的雷达对运动的目标进行纵向和横向二维高分辨力成像，以满足日益增长的对目标精细观察和识别分类的要求。ISAR和SAR运动方式正好相反，但实质相同，因为真正重要的是雷达和观测目标间的相对运动。因而这两种雷达的原理是基本相通的，两者用途不同，实际中碰到的问题和解决方法也不一样了。例如，SAR装在飞机上对地面目标成像，由于载机的航迹、速度等均可由机上多种传感设备获取，雷达本身的不规则运动也可依靠这些信息获得比较完善的补偿。而在ISAR成像过程中固定在地面的雷达要对航行中的飞机回波做二维高分辨处理时，由于飞机的姿态角、高低角、速度和航向等的变化对雷达来说都是未知的，因而成像难度较大。1.引言四、逆合成孔径雷达（ISAR）复杂目标(飞机、舰船等)都可看成是由许多散射点组成的。当雷达和目标之间有相对运动时，8标各散射点的回波均会产生多普勒频移，如果各散射点回波的多普勒频率均相同，则无法依靠它来分辨目标的各个散射点，只有在相对运动时，目标各散射点的多普勒频率不相同才可能利用多普勒频率的差别来分辨各个不同的散射点而实现成像。因而当目标平稳飞行时，将目标的运动分解成平动和转动两个分量。平动是指目标相对于雷达射线运动且姿态不变，此时目标各散射点回波的多普勒频率完全相同，这部分运动对雷达成像是没有贡献的。而目标围绕参考点转动时，目标上各散射点的多普勒值是不同的这时就可能依靠各散射点回波的多普勒频率值的差别及处理时的多普勒分辨力来实现成像。这就是说，在ISAR成像时，要设法将目标运动的平动分量补偿掉，而等效地把目标运动的参考点移到转台轴上面成为转台目标成像，将运动目标通过平动补偿后成为匀速转动的平面转台目标。当飞机直线平稳飞行时一般可满足或近似满足上述条件。如果飞机在直线飞行时有速度变化，仍可补偿成平面转