机载SAR变采样开启波门技术研究

贺彩琴，李敏慧，朱 力

(南京电子技术研究所, 南京 210039)



·数据处理·

机载SAR变采样开启波门技术研究

贺彩琴，李敏慧，朱 力

(南京电子技术研究所, 南京 210039)

对于方位大斜视角、宽观测带、高分辨率机载合成孔径雷达(SAR)系统，由于距离徙动量巨大，若采用固定波门采样技术，将导致无效数据量过大。针对这一技术问题，提出一种在雷达回波窗不跨脉冲重复周期的情形下连续变采样开启波门技术方法，根据距离徙动变化曲线，连续变化采样开启波门位置，以此对距离徙动进行校正，可解决固定采样开启波门存在的无效数据量过大的技术问题。通过SAR系统仿真、机载飞行试验获得的高质量成像结果，验证了此方法的有效性。

变采样开启波门；距离徙动；机载合成孔径雷达

0 引 言

目前，国际上各种列装的星载成像雷达均采用“固定波门”采样技术。这种“固定波门”采样技术在大斜视角、大幅宽、高分辨率成像的工作条件下，由于距离徙动量巨大, 将使系统产生大量的无效数据[1-3]。距离线上这部分原始数据除了增加系统记录和数传的负担外，在距离脉冲压缩后进行距离徙动校正时，对成像观测带宽并无贡献。

在方位大斜视角、大观测带、高分辨率机载合成孔径雷达(SAR)系统中，分辨率达到0.1 m，因距离徙动量大，若采用固定波门采样技术，同样会导致无效数据量过大。本文介绍一种变采样开启波门技术，根据距离徙动变化曲线，连续变化采样开启波门位置，可以减少因距离徙动带来的大量无效录取数据，从而减少SAR的数据率，大幅减小记录设备和数传设备的压力，极大地提高了系统的实时响应时间，从而提高系统的效率和质量。

1 工作原理

左侧视前斜视聚束模式几何图如图1所示。

图1 斜视聚束模式几何图示

图1中，A点为切入点，θd为方位角，即波束轴线与速度方向的夹角，R0为飞行航迹与地面目标的最短距离，Δθ为聚束角(波束轴线的转角)，则有[4-5]

(1)

式中：Ka为方位展宽系数，即天线幅度和相位误差、成像加权等引起的展宽因子；ρa为方位分辨率；λ为雷达波长。

切入点的斜距为

R切入=R0/sinθa

(2)

设飞机巡航速度为Vs，则合成孔径时间为

(3)

根据切入点的θs、R0、Vs和波束轴线转动角Δθ，可得到离开点到地面目标的斜距为

(4)

最大距离徙动量对应的时间长度为

(5)

根据距离徙动曲线，变化开启采样波门位置[6-8]，如图2所示。

图2 变采样开启波门示意图

设采样开启波门一次变化一个步进δt，则采样开启波门变化次数M为

M=Δt/δt

(6)

设脉冲重复频率为fp，则合成孔径时间内发射的脉冲总数为N总=Tafp。采用一组脉冲变化一次采样开启波门位置，则脉冲组中脉冲数目N为

N=N总/M=Tafp/M

(7)

根据切入点斜距R切入和观测带宽W，确定切入点开启波门斜距，然后根据距离徙动曲线，连续变化采样开启波门斜距。

2 仿真与成像处理

表1为仿真所用的参数，由此得到的机载SAR系统仿真计算结果如表2所示。

表1 仿真所用参数

表2 SAR系统仿真结果

在显控计算机界面上，设置波束轴线转动角Δθ、飞行航迹与地面目标的最短距离R0，由数据处理根据工作方式和实时惯导信息，计算出每组中脉冲数目N、开启波门变化次数M等参数，实时控制定时器，每N个脉冲一组，从一个脉冲组切换到下一个脉冲组，开启波门变换一个δt时间间隔，雷达参数处理流程如图3所示。

图3 变采样开启波门计算流程

若固定开启波门，距离向压缩后，强散射点的距离徙动曲线为一条亮的曲线(看似直线)。由于变开启波门，徙动曲线变成若干条折线，每变一次波门，徙动曲线就形成一条折线，如图4所示。

图4 距离压缩后某一强散射点的距离徙动曲线(变采样开启波门)

成像处理先把距离徙动折线平移，拼接起来，形成连续的曲线，然后进行距离徙动校正和成像处理，三角形分布树林的SAR成像结果如图5所示，飞机垂直向下飞行，孔径中心的方位斜视角为45°。

图5 0.1 m分辨率聚束工作模式SAR图像

3 结束语

对于方位大斜视高分辨率SAR的聚束模式，采用沿距离徙动曲线变采样开启波门技术，可解决经典固定波门方法因距离徙动而带来的大量无效数据问题。本文分析了采样开启波门的变化规律，给出了每组脉冲的脉冲数目和孔径时间内波门的变化次数实时控制算法，试飞时同时在雷达系统中采用高稳定度基准源和高精度定时技术，高精度确定每个采样波门位置，便于距离徙动校正和成像处理。试飞实验获得了如图5所示的高质量图像，验证了所提方法的有效性和正确性。该方法用于如星载雷达SAR这样有巨量数传需求的系统中，可以大大降低卫星天线的数传压力，提高系统的实时性和效率。

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贺彩琴 女，1967年生，高级工程师。研究方向为雷达软件总体技术和雷达数据处理。

李敏慧 女，1980年生，高级工程师。研究方向为雷达系统仿真和设计。

朱 力 男，1964年生，博士，研究员级高级工程师。研究方向为雷达系统仿真和设计。

A Study on Variable Sampling Wave Gate Technology of Airborne SAR

HE Caiqin，LI Minhui，ZHU Li

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

For large squint azimuth and high resolution wide swath imaging airborne synthetic aperture radar (SAR), there is much useless data caused by range cell migration using solid sampling wave gate. A method of using variable sampling wave gate to deal with the problem is introduced in this paper. Under the condition of none range ambiguity,the cell migration is calibrated by changing sampling wave gate.The effectiveness of this method is testified by the results from the SAR simulation and flight test from high resolution profiles.

variable sampling wave gate; range cell migration; airborne SAR

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.03.011

贺彩琴 Email：janehoe@126.com

2015-10-16

2015-12-18

TN911.7

A

1004-7859(2016)03-0051-03