基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置和方法
【專利摘要】一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，包括：激勵器，用于產(chǎn)生能功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率射頻信號脈沖；接收機，用于放大兩個脈沖的地物回波信號，并且將其變換到基帶；數(shù)據(jù)采集單元，用于按照時間先后順序依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，并且將其合成一個數(shù)據(jù)組；以及信號處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)組包括的兩個脈沖回波信號分別進行脈沖壓縮，然后寬帶合成，得到寬帶信號的脈沖壓縮結(jié)果。以及一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)方法。所述寬帶信號收發(fā)裝置具有體積小，重量輕，采樣率低，采樣點數(shù)少，后續(xù)處理簡單等特點。
【專利說明】
基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置和方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明設及合成孔徑雷達領域，特別設及基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收 發(fā)裝置W及收發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達是一種微波成像雷達，全天時、全天候工作特點使其在國民經(jīng)濟的 各個領域得到了廣泛的應用，發(fā)揮了重要作用；同時，受用戶需求牽引和技術(shù)的迅猛發(fā)展， 對合成孔徑雷達提出了越來越高的要求，特別是分辨率，分辨率的提高帶來了合成孔徑雷 達的發(fā)射信號帶寬成倍提高。由于市面上的高速ADC(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)無法直接對高達數(shù) G化的信號直接采樣，所W寬帶信號的接收成為合成孔徑雷達必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。其次， 隨著ADC的采樣率的提高，每個PRF采集的數(shù)據(jù)點數(shù)隨著增加，給后續(xù)的處理設備帶來很大 的負擔，如何降低后續(xù)設備的處理壓力成為當前迫切需要解決的問題;最后，近年來，固態(tài) 發(fā)射機的技術(shù)得到了長足的發(fā)展和進步，相對于行波管而言，它具有體積小、可靠性高、工 作比大、信號質(zhì)量高等優(yōu)點，缺點是峰值功率低，解決辦法為增加雷達的工作比，采用大脈 沖寬度，W彌補固態(tài)發(fā)射機峰值功率不足的弊端。綜上，隨著分辨率的提高，如何實現(xiàn)寬脈 沖、高帶寬的雷達信號的收發(fā)，實現(xiàn)大測繪帶成像，同時降低AD(模擬/數(shù)字)采樣率，減少采 樣點數(shù)，降低后續(xù)處理壓力成為研究熱點。
[0003] 在合成孔徑雷達技術(shù)領域，對于寬帶信號的收發(fā)常用的方法包括:模擬去斜接收、 線性調(diào)頻脈沖串和單脈沖發(fā)射多通道并行接收等=種方式。
[0004] 雷達回波信號模擬去斜接收方法存在的技術(shù)缺陷：
[0005] (1)產(chǎn)生寬帶高質(zhì)量的模擬去斜參考信號難度大；
[0006] 根據(jù)模擬去斜的工作原理，參考信號的帶寬為Bd+Br。同時，為了保證去斜信號的質(zhì) 量，參考信號的線性度也需要滿足一定的要求。通常產(chǎn)生運種超寬帶信號一般采用倍頻方 案，倍頻方案的缺點是隨著倍頻次數(shù)的增加，信號帶內(nèi)雜散的功率W3地遞增，為了保證最 終信號的質(zhì)量，要求用于倍頻的基帶信號的質(zhì)量非常高，雜散的抑制一般在SOdBW上；另 夕h為了保證信號波形的質(zhì)量，一般要求DAC的轉(zhuǎn)換率為信號帶寬的5倍W上。所W研制運種 高要求的基帶信號源模塊難度很大;其次，參考信號產(chǎn)生的過程中每一級倍頻也會惡化掃 頻的線性度，如何降低它的影響是第二個難點。
[0007] (2)在數(shù)字域需要校正由接收信號掃頻非線性引入的空變誤差和由參考信號掃頻 非線性引入的空不變誤差。
[000引（3)硬件開銷大。
[0009]模擬去斜接收方法需要增加兩部分硬件:參考信號的產(chǎn)生和用于去斜的混頻器。 [0010] (4)測繪帶郁良。
[0011] 當測繪帶超過式(4)的限制時，去斜接收后的信號帶寬大于發(fā)射信號的帶寬，此時 不但不能夠降低ADC的采樣率，相反還需要增加ADC的采樣率，增加采樣點數(shù)。
[0012] 缺點為：（1)需要產(chǎn)生N個獨立的本振信號；（2)信號的產(chǎn)生和接收回路上都需要有 本振切換開關(guān)，用于實現(xiàn)不同中屯、頻率的射頻信號和基帶信號之間的切換；（3)隨地速變換 的PRF(可變脈沖重復頻率)不固定，導致相鄰子脈沖之間的時間間隔不固定，相位估計需要 考慮多普勒相位變化，給寬帶信號合成帶來困難；（4)硬件實現(xiàn)復雜，體積大，功耗高；（5)相 對于單脈沖發(fā)射和接收系統(tǒng)而言，該方式的PRF頻率高，導致系統(tǒng)的最遠作用距離受到限 制。
[0013] 雷達信號的單脈沖發(fā)射多通道并行接收方式是使用倍頻或者超外差方式產(chǎn)生單 個帶寬為NXBr,中屯、頻率為fc的寬帶雷達信號脈沖，將其發(fā)射出去;接收機將地物散射回來 的微弱回波信號進行放大，然后通過功分器分割成N個通道，每一個通道使用帶寬Br,中屯、 頻率為f i，a = 0，1，2，…，N-I)的帶通濾波器進行濾波處理;f i，（ i = 0，1，2，…，N-I)與f C之 間的關(guān)系為：
[0014]
(S)
[0015] 濾波后的多通道射頻信號同時使用頻率為fi，a=〇，i，2,…，N-1)進行正交解調(diào)， 得到多個通道的基帶回波信號;此時使用2N個低速高精度的ADC采集2N個基帶信號并緩存， 最后通過信號處理方法進行寬帶合成，得到帶寬為NXBr的脈沖壓縮。
[0016] 單脈沖發(fā)射多通道并行接收方式的缺點：（1)系統(tǒng)需要產(chǎn)生N個接收本振信號；（2) 需要N個接收通道；（3)設備的體積、重量和功耗都比較大；（4)數(shù)據(jù)采樣點數(shù)沒有減少；（5) 2N個ADC的同步采樣成為一個難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 為了克服傳統(tǒng)寬帶信號的收發(fā)方法存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙脈 沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置和方法。。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置， 包括：
[0019] 激勵器，用于產(chǎn)生能功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率射頻信號脈沖；
[0020] 接收機，用于放大兩個脈沖的地物回波信號，并且將其變換到基帶；
[0021] 數(shù)據(jù)采集單元，用于按照時間先后順序依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，并且 將其合成一個數(shù)據(jù)組；W及
[0022] 信號處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)組包括的兩個脈沖回波信號分別進行脈沖壓縮， 然后寬帶合成，得到寬帶信號的脈沖壓縮結(jié)果。
[0023] 優(yōu)選的，所述的激勵器包括:基帶信號源、頻率綜合器和正交調(diào)制器，其中：
[0024] 所述的基帶信號源用于產(chǎn)生兩個具有固定時間間隔的基帶線性調(diào)頻信號脈沖，兩 脈沖的時寬和帶寬相同，中屯、頻率間隔值等于每一個脈沖的帶寬；
[0025] 所述的頻率綜合器用于產(chǎn)生時鐘信號；
[0026] 所述的正交調(diào)制器用于將基帶線性調(diào)頻信號脈沖變換成低功率射頻信號脈沖，兩 個脈沖的正交調(diào)制使用同一個射頻本振。
[0027] 優(yōu)選的，所述的兩個基帶線性調(diào)頻信號脈沖之間的固定時間間隔大小選擇保證第 一個脈沖的回波信號不會進入到第二個脈沖的回波信號接收窗口中。
[0028] 優(yōu)選的，所述的接收機包括:低噪聲放大器、濾波器、增益可調(diào)的接收機放大鏈路 和正交解調(diào)器，其中：
[0029] 所述的低噪聲放大器用于對天線接收到的地物回波信號進行低噪聲高增益放大；
[0030] 所述的濾波器用于選取寬帶信號占用的頻率成分，濾除噪聲和雜波；
[0031] 所述的增益可調(diào)的接收機放大鏈路用于繼續(xù)放大回波信號，使其達到數(shù)據(jù)采集部 分能夠采集到的最大信號幅度的80% W上；
[0032] 所述的正交解調(diào)器用于將兩個脈沖的回波信號變換到基帶回波信號，兩個脈沖的 正交解調(diào)使用與正交調(diào)制相同的射頻本振。
[0033] 優(yōu)選的，所述的兩個脈沖的基帶回波信號不是零中頻的基帶回波信號，而是非零 中頻的基帶信號。
[0034] 優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集單元對回波信號采樣的采樣率為基帶信號帶寬的1~1.5 倍，屬于帶通采樣。
[0035] 優(yōu)選的，所述的信號處理單元對兩個脈沖的回波信號分別進行脈沖壓縮所用的參 考函數(shù)不相同。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)方 法，包括：
[0037] 步驟SI:產(chǎn)生能功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率的射頻信號脈沖；
[0038] 步驟S2:接收機對天線接收到的地物回波信號進行放大和濾波，然后用與發(fā)射本 振相同的本振對回波信號進行正交解調(diào)，得到兩個脈沖的基帶回波信號；
[0039] 步驟S3:依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，然后組成一個數(shù)據(jù)組，得到一個可變 脈沖重復頻率周期下寬帶信號的回波數(shù)據(jù)；W及
[0040] 步驟S4:對兩個脈沖的回波信號分別進行脈沖壓縮，然后寬帶合成，得到寬帶信號 的脈沖壓縮結(jié)果。
[0041] 優(yōu)選的，所述步驟Sl包括子步驟：
[0042] 步驟Sll:將寬帶信號脈沖在基帶域分隔成為兩個等時寬等帶寬的線性調(diào)頻信號 脈沖，兩個脈沖的交界處具有2 % -5 %的重疊率；
[0043] 步驟S12:在PRF信號的觸發(fā)下，基帶信號源先產(chǎn)生第一個線性調(diào)頻信號脈沖，然后 延時固定時間間隔，產(chǎn)生第二個線性調(diào)頻信號脈沖；
[0044] 步驟S13:激勵器將兩個具有固定時間間隔的線性調(diào)頻信號脈沖用同一個射頻本 振調(diào)制到射頻域，得到兩個低功率射頻信號脈沖，然后送給固態(tài)功放，進行功率放大，通過 天線福射出去。
[0045] 優(yōu)選的，所述步驟S4包括子步驟：
[0046] 步驟S41:數(shù)據(jù)處理單元先用第一個脈沖的參考函數(shù)對第一個脈沖的回波信號進 行匹配濾波，完成第一個脈沖回波信號的脈沖壓縮;然后用第二個脈沖的參考函數(shù)對第二 個脈沖回波信號進行匹配濾波，完成第二個脈沖回波信號的脈沖壓縮；
[0047] 步驟S42:增采樣:數(shù)據(jù)處理單元完成兩個壓縮脈沖的兩倍增采樣；
[004引步驟S43:相位誤差估計和補償:數(shù)據(jù)處理單元按照對比度最大化原則，估計兩個 脈沖相干合成需要補償?shù)南辔徽`差;然后對兩個壓縮脈沖進行相位誤差補償；
[0049]步驟S44:相干合成:兩個經(jīng)過相位誤差補償后的壓縮脈沖相干合成得到寬帶信號 的脈壓結(jié)果基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置包括激勵器、接收機、數(shù)據(jù)采集 和信號處理單元，其中激勵器產(chǎn)生用于功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率射頻信號脈沖； 接收機放大兩個脈沖的地物回波信號，并且將其變換到基帶;數(shù)據(jù)采集部分按照時間先后 順序依次采集兩個脈沖的回波信號，并且將其合成一個數(shù)據(jù)組;信號處理單元對兩個脈沖 的回波信號分別進行脈沖壓縮，然后寬帶合成，得到寬帶信號的脈沖壓縮結(jié)果。
[0050]綜上，本發(fā)明提供的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置和方法具有W 下有益效果：
[0051 ] 1)只有一個發(fā)射通道和一個接收通道，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單：
[0052] PRF(可變脈沖重復頻率)觸發(fā)信號到來時，基帶信號源產(chǎn)生第一個脈沖的基帶線 性調(diào)頻信號:信號的帶寬為Br,信號的中屯、頻率為該信號脈沖通過正交調(diào)制(對應射 頻信號的頻率為：[fc-Br，fc])和功率放大后，通過天線福射出去;接收機完成測繪區(qū)第一個 脈沖回波信號的接收后，基帶信號源產(chǎn)生第二個脈沖的基帶線性調(diào)頻信號：信號的帶寬為 Br,信號的中必頻率為:^。該信號脈沖通過正交調(diào)制(對應射頻信號的頻率為：[fc，fc+Br]) 和功率放大后，通過天線福射出去，接收機完成測繪區(qū)第二個脈沖回波信號接收。發(fā)射和接 收過程通過在時間上將兩個脈沖分割開，運種通道上的時分復用方式保證了整個系統(tǒng)的實 現(xiàn)只有一個發(fā)射通道和一個接收通道，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0053] 2)系統(tǒng)只需要產(chǎn)生一個本振信號，發(fā)射和接收通道使用同一個本振：
[0054] 本發(fā)明提供的一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置產(chǎn)生的兩個線 性調(diào)頻脈沖共用同一個本振，信號接收的過程中也使用同一個本振。此簡化了頻率綜合器 的結(jié)構(gòu)、體積和功耗，頻率綜合器只需要產(chǎn)生一個本振，省去了線性調(diào)頻脈沖串方式下的本 振切換開關(guān)，不用擔屯、各個本振之間的不穩(wěn)定帶來的影響，同時簡化了寬帶信號的合成。
[0055] 3)兩個脈沖之間的時間間隔固定，在一個PRF周期內(nèi)能夠完成整個寬帶信號的收 發(fā)：
[0056] 與線性調(diào)頻脈沖串不同的是:兩個發(fā)射脈沖之間的時間間隔是固定的，該時間間 隔必須保證第一個脈沖的回波信號不會進入到第二個脈沖的回波信號接收窗口中。由此帶 來的好處:一方面系統(tǒng)定時比較簡單:兩個脈沖的收發(fā)只需要一個PRF;另一方面，寬帶信號 合成相對簡單，因為兩個脈沖之間的時間間隔固定，基本可W忽略兩個脈沖之間的多普勒 相位帶來的影響。
[0057] 4)AD的采樣率低，數(shù)據(jù)量少，后續(xù)記錄和處理壓力?。?br>[0058] 與多通道并行接收方法相比較而言，本發(fā)明提供的裝置只有一個接收通道，所W 只需要兩個ADC(采集基帶信號的同向和正交成分）。
[0059] 另外接收通道的瞬時帶寬只有整個寬帶信號帶寬的一半，所WADC的采樣率是整 個ADC采樣率的一半。例如:假設原始寬帶信號的帶寬為1.66化，400的采樣率為265?5;在本 發(fā)明提供的寬帶信號收發(fā)裝置中，兩個脈沖的帶寬都是800MHz，所WADC的采樣率可W設定 為1GSPS，它只有原始寬帶信號采樣率的一半；
[0060] 假設原始寬帶信號的脈沖寬度為60US，采樣率為2GSPS，測繪帶寬為1.5km，對應的 時間跨度為lOus，此時一個PRF采集的數(shù)據(jù)點數(shù)為：140000點；如果采取本發(fā)明提供的裝置， 每一個脈沖的寬度為30US，采樣率1GSPS，單個脈沖的采樣點數(shù)為:40000點，兩個脈沖的采 樣點數(shù)為80000點，遠小于140000,所W本發(fā)明提供的寬帶信號收發(fā)裝置存在數(shù)據(jù)量少的優(yōu) 點，進而減輕了后續(xù)記錄和數(shù)據(jù)處理的壓力。
[0061 ] 5)體積小、重量輕、功耗低、可靠性高：
[0062] 本發(fā)明提供的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置在系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中，頻率綜合器 只需要產(chǎn)生一個本振信號，單通道收發(fā)，只有兩個ADC，數(shù)據(jù)量少，記錄和處理的負擔輕，帶 來的好處是:整個收發(fā)裝置的體積小、功耗低、重量輕和可靠性高。
【附圖說明】
[0063] 圖1是本發(fā)明一實施例的一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置的組 成框圖；
[0064] 圖2a和2b分別是本發(fā)明一實施例的寬帶信號收發(fā)裝置產(chǎn)生信號和接收信號的工 作流程圖；
[0065] 圖3是本發(fā)明一實施例的基帶信號源產(chǎn)生基帶信號的定時關(guān)系圖；
[0066] 圖4是本發(fā)明一實施例的基帶信號源產(chǎn)生的第一個脈沖同相和正交成分；
[0067] 圖5是本發(fā)明一實施例的基帶信號源產(chǎn)生的第二個脈沖同相和正交成分；
[0068] 圖6a和化分別是本發(fā)明一實施例的兩個低功率射頻信號的頻譜關(guān)系圖；
[0069] 圖7是本發(fā)明一實施例的兩個脈沖基帶回波的頻譜；
[0070] 圖8是本發(fā)明一實施例的寬帶合成的脈壓結(jié)果。
【具體實施方式】
[0071] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合合成孔徑雷達寬帶 信號收發(fā)的具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0072] 合成孔徑雷達是一種微波成像雷達，其全天候、全天時的工作特性使其在軍事和 民用等領域得到了廣泛的應用。隨著應用的不斷深入和技術(shù)的發(fā)展，輕小型飛行試驗平臺 對合成孔徑雷達提出了很高的要求：
[007；3] (1)功耗低；
[0074] (2)體積??；
[0075] (3)重量輕；
[0076] (4)分辨率高:發(fā)射信號的帶寬寬；
[0077] (5)測繪帶寬寬:處理數(shù)據(jù)的點數(shù)多。
[0078] 本發(fā)明提出的一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其目的就是實 現(xiàn)寬帶信號的收發(fā)的同時，具備功耗低、體積小、重量輕和測繪帶寬較寬等特點。下述參照 附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進行解釋，而不應當理解為對 本發(fā)明的一種限制。
[0079] W下W脈寬60微秒、帶寬1.6G化的超寬帶信號的收發(fā)為例，對本發(fā)明的具體實施 方式加W說明：
[0080] 如圖1所示，所述的激勵器包括:基帶信號源、頻率綜合器和正交調(diào)制器，其中：
[0081] 所述的基帶信號源用于產(chǎn)生兩個具有固定時間間隔的基帶線性調(diào)頻信號脈沖，并 分割成的兩個等時寬和等帶寬的脈沖；
[0082] 所述的頻率綜合器用于產(chǎn)生時鐘信號；
[0083] 所述的正交調(diào)制器用于將基帶線性調(diào)頻信號脈沖變換成低功率射頻信號脈沖，兩 個脈沖的正交調(diào)制使用同一個射頻本振。
[0084] 對于激勵器，其包括:基帶信號源、頻率綜合器和正交調(diào)制器：
[0085] 所述的基帶信號源用于產(chǎn)生兩個具有固定時間間隔的基帶線性調(diào)頻信號脈沖，并 分割成的兩個等時寬和等帶寬的脈沖；
[0086] 所述的頻率綜合器用于產(chǎn)生時鐘信號；
[0087] 所述的正交調(diào)制器用于將基帶線性調(diào)頻信號脈沖變換成低功率射頻信號脈沖，兩 個脈沖的正交調(diào)制使用同一個射頻本振。
[0088] 優(yōu)選的，兩個基帶線性調(diào)頻信號脈沖之間的固定時間間隔大小選擇保證第一個脈 沖的回波信號不會進入到第二個脈沖的回波信號接收窗口中。
[0089] 對于接收機，其包括低噪聲放大器、濾波器、增益可調(diào)的接收機放大鏈路和正交解 調(diào)器，其中：
[0090] 所述的低噪聲放大器用于對天線接收到的地物回波信號進行低噪聲高增益放大；
[0091] 所述的濾波器用于選取寬帶信號占用的頻率成分，濾除噪聲和雜波；
[0092] 所述的增益可調(diào)的接收機放大鏈路用于繼續(xù)放大回波信號，使其達到數(shù)據(jù)采集部 分能夠采集到的最佳幅度；
[0093] 所述的正交解調(diào)器用于將兩個脈沖的回波信號變換到基帶回波信號，兩個脈沖的 正交解調(diào)使用與正交調(diào)制相同的射頻本振。
[0094] 優(yōu)選的，所述的兩個脈沖的基帶回波信號不是零中頻的基帶回波信號，而是非零 中頻的基帶信號；
[0095] 優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集單元對回波信號采樣的采樣率為基帶信號帶寬的1~1.5倍，屬 于帶通采樣。
[0096] 對于信號處理單元，其對兩個脈沖的回波信號分別進行脈沖壓縮所用的參考函數(shù) 不相同。
[0097] 參考圖2a和2b，給出了寬帶信號收發(fā)裝置收發(fā)的工作流程。其中圖2a表示低功率 寬帶信號的產(chǎn)生過程，圖化表示寬帶信號的接收過程。具體實施步驟如下：
[0098] 步驟1:將寬帶信號脈沖在基帶域分隔成為兩個等時寬等帶寬的線性調(diào)頻信號脈 沖，兩個子脈沖的交界處具有一定的重疊率;重疊率指兩個脈沖之間的重疊頻率寬度與整 個信號頻率寬度的比值，兩個脈沖的交界處有一定的重疊率用于克服濾波器的過渡帶帶來 的影響，確保合成的寬帶信號沒有信息損失。重疊率一般設定為2%~5%，具體到本實施例 而言，重疊率為:4%，即64MHz。
[0099] 步驟2:在PRF信號的觸發(fā)下，基帶信號源先產(chǎn)生第一個線性調(diào)頻信號脈沖，然后延 時所述的固定時間間隔，產(chǎn)生第二個線性調(diào)頻信號脈沖；
[0100] 參考圖3，T1表示兩個脈沖的寬度，T表示兩個脈沖之間的間隔。系統(tǒng)一旦確定，運 兩個參數(shù)都已經(jīng)確定，具體到本實施例而言，Tl為31.2us，T為13加S。運樣兩個脈沖的帶寬 都為：832MHz。
[0101] 參考圖4,給出了第一個基帶線性調(diào)頻信號脈沖的同相和正交成分;參考圖5,給出 了第二個基帶線性調(diào)頻信號脈沖的同相和正交成分，其中基帶信號源的轉(zhuǎn)換率為2.4G化。
[0102] 雖然系統(tǒng)使用了兩個脈沖，但是因為運兩個脈沖在時間上是分開的，所W它們的 產(chǎn)生不需要兩個基帶信號源分開產(chǎn)生，而是可W共用一個基帶信號源，節(jié)省了一個基帶信 號源W及由此帶來的輔助硬件和降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。
[0103] 步驟3:激勵器將兩個具有固定時間間隔的線性調(diào)頻信號脈沖用同一個射頻本振 調(diào)制到射頻域，得到兩個低功率射頻信號脈沖，然后送給固態(tài)功放，進行功率放大，最后通 過天線福射出去；
[0104] 因為兩個基帶線性調(diào)頻脈沖使用同一個射頻本振進行調(diào)制，所W整個射頻信號的 產(chǎn)生不需要本振切換開關(guān)，而是共用了同一個射頻信號產(chǎn)生通道，節(jié)省射頻硬件的同時，無 需考慮兩個射頻通道的幅相一致性；
[0105] 參考圖6a和圖6b，給出了兩個低功率射頻信號的頻譜關(guān)系圖，就本實施例而言，本 振信號頻率為15.6GHz，第一個低功率射頻信號的頻率范圍為：[14.8GHz，15.632G化]，第二 個射頻信號的頻率范圍為：[15.568G化，16.4G化]。
[0106] 步驟4:接收機對天線接收到的地物回波信號進行放大和濾波，然后用與發(fā)射本振 相同的本振對回波信號進行正交解調(diào)，得到兩個脈沖的基帶回波信號；第一個基帶回波信 號的頻率范圍為：[-800MHz，32M化]，第二個基帶回波信號的頻率范圍為：[-32M化， 800MHz]。
[0107] 因為兩個脈沖的回波在時間上分開，所W接收機只采用了一個通道用于兩個脈沖 的回波信號的接收。
[0108] 步驟5:數(shù)據(jù)采集部分依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，然后組成一個數(shù)據(jù)組， 得到一個PRF周期下的寬帶信號的回波數(shù)據(jù)；
[0109] 因為單個脈沖回波信號的實際帶寬為800MHz，所W其采樣率為1GSPS，無需達到采 集原始寬帶信號所需的2GSPS。所W此種脈沖分解方式降低了 ADC的采樣率。參考圖7,給出 了兩個脈沖回波信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集后的頻譜圖。第一個脈沖基帶回波的頻率范圍為： [200MHz ,1000MHz]，第二個脈沖基帶回波的頻率范圍為：[OMHz，800MHz]。它是步驟4中兩個 脈沖的頻率成分在[OMHz，1 OOOMHz ]中的映射。
[0110] 假設測繪帶寬為1500m，對應的時間延時為IOus;兩個脈沖回波的采樣總點數(shù)為 80000點，如果系統(tǒng)采用單脈沖發(fā)射單脈沖接收，在同樣測繪帶寬的條件下，采樣率設定為 2GSPS，那么采樣點數(shù)為140000點，兩者相比較可知:本發(fā)明提供的一種基于雙脈沖的合成 孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置采樣的點數(shù)少了 60000點，運極大地降低了原始數(shù)據(jù)記錄器和 后續(xù)處理設備的壓力。
[0111] 步驟6:數(shù)據(jù)處理單元先用第一個脈沖的參考函數(shù)對第一個脈沖的回波信號進行 匹配濾波，完成第一個脈沖回波信號的脈沖壓縮;然后用第二個脈沖的參考函數(shù)對第二個 脈沖回波信號進行匹配濾波，完成第二個脈沖回波信號的脈沖壓縮；
[0112] 步驟7:增采樣:數(shù)據(jù)處理單元完成兩個壓縮脈沖的兩倍增采樣，相當于將數(shù)據(jù)采 樣部分的采樣率提高到原來采樣率的兩倍;通過增采樣，采樣率變?yōu)?GSPS。
[0113] 步驟8:相位誤差估計和補償:數(shù)據(jù)處理單元按照對比度最大化原則，估計兩個脈 沖相干合成需要補償?shù)南辔徽`差;然后對兩個壓縮脈沖進行相位誤差補償；
[0114] 步驟9:相干合成:兩個經(jīng)過相位誤差補償后的壓縮脈沖相干合成得到寬帶信號的 脈壓結(jié)果。
[0115] 參考圖8,給出了脈沖1、脈沖2和合成脈沖的脈沖壓縮結(jié)果，脈沖I和脈沖2的脈壓 寬度基本一樣，與此相比，合成脈沖脈壓寬度要小，說明寬帶合成與理論一致，因為合成脈 沖的帶寬是脈沖1和脈沖2的帶寬的和，而脈壓寬度與帶寬成反比。
[0116] W上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于包括： 激勵器，用于產(chǎn)生能功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率射頻信號脈沖； 接收機，用于放大兩個脈沖的地物回波信號，并且將其變換到基帶； 數(shù)據(jù)采集單元，用于按照時間先后順序依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，并且將其 合成一個數(shù)據(jù)組；以及 信號處理單元，用于對所述數(shù)據(jù)組包括的兩個脈沖回波信號分別進行脈沖壓縮，然后 寬帶合成，得到寬帶信號的脈沖壓縮結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的激勵器包括:基帶信號源、頻率綜合器和正交調(diào)制器，其中： 所述的基帶信號源用于產(chǎn)生兩個具有固定時間間隔的基帶線性調(diào)頻信號脈沖，兩脈沖 的時寬和帶寬相同，中心頻率間隔值等于每一個脈沖的帶寬； 所述的頻率綜合器用于產(chǎn)生時鐘信號； 所述的正交調(diào)制器用于將基帶線性調(diào)頻信號脈沖變換成低功率射頻信號脈沖，兩個脈 沖的正交調(diào)制使用同一個射頻本振。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的兩個基帶線性調(diào)頻信號脈沖之間的固定時間間隔大小選擇保證第一個脈沖的回波 信號不會進入到第二個脈沖的回波信號接收窗口中。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的接收機包括:低噪聲放大器、濾波器、增益可調(diào)的接收機放大鏈路和正交解調(diào)器，其 中： 所述的低噪聲放大器用于對天線接收到的地物回波信號進行低噪聲高增益放大； 所述的濾波器用于選取寬帶信號占用的頻率成分，濾除噪聲和雜波； 所述的增益可調(diào)的接收機放大鏈路用于繼續(xù)放大回波信號，使其達到數(shù)據(jù)采集部分能 夠采集到的最大信號幅度的80%以上； 所述的正交解調(diào)器用于將兩個脈沖的回波信號變換到基帶回波信號，兩個脈沖的正交 解調(diào)使用與正交調(diào)制相同的射頻本振。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的兩個脈沖的基帶回波信號不是零中頻的基帶回波信號，而是非零中頻的基帶信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的數(shù)據(jù)采集單元對回波信號采樣的采樣率為基帶信號帶寬的1~1.5倍，屬于帶通采 樣。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)裝置，其特征在于， 所述的信號處理單元對兩個脈沖的回波信號分別進行脈沖壓縮所用的參考函數(shù)不相同。8. -種基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)方法，其特征在于包括： 步驟S1:產(chǎn)生能功率放大和發(fā)射的兩個寬帶低功率的射頻信號脈沖； 步驟S2:接收機對天線接收到的地物回波信號進行放大和濾波，然后用與發(fā)射本振相 同的本振對回波信號進行正交解調(diào)，得到兩個脈沖的基帶回波信號； 步驟S3:依次采集兩個脈沖的基帶回波信號，然后組成一個數(shù)據(jù)組，得到一個可變脈沖 重復頻率周期下寬帶信號的回波數(shù)據(jù)；以及 步驟S4:對兩個脈沖的回波信號分別進行脈沖壓縮，然后寬帶合成，得到寬帶信號的脈 沖壓縮結(jié)果。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)方法，其特征在于 所述步驟S1包括子步驟： 步驟S11:將寬帶信號脈沖在基帶域分隔成為兩個等時寬等帶寬的線性調(diào)頻信號脈沖， 兩個脈沖的交界處具有2%_5%的重疊率； 步驟S12:在PRF信號的觸發(fā)下，基帶信號源先產(chǎn)生第一個線性調(diào)頻信號脈沖，然后延時 固定時間間隔，產(chǎn)生第二個線性調(diào)頻信號脈沖； 步驟S13:激勵器將兩個具有固定時間間隔的線性調(diào)頻信號脈沖用同一個射頻本振調(diào) 制到射頻域，得到兩個低功率射頻信號脈沖，然后送給固態(tài)功放，進行功率放大，通過天線 福射出去。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙脈沖的合成孔徑雷達寬帶信號收發(fā)方法，其特征在于 所述步驟S4包括子步驟： 步驟S41:數(shù)據(jù)處理單元先用第一個脈沖的參考函數(shù)對第一個脈沖的回波信號進行匹 配濾波，完成第一個脈沖回波信號的脈沖壓縮;然后用第二個脈沖的參考函數(shù)對第二個脈 沖回波信號進行匹配濾波，完成第二個脈沖回波信號的脈沖壓縮； 步驟S42:增采樣:數(shù)據(jù)處理單元完成兩個壓縮脈沖的兩倍增采樣； 步驟S43 :相位誤差估計和補償:數(shù)據(jù)處理單元按照對比度最大化原則，估計兩個脈沖 相干合成需要補償?shù)南辔徽`差;然后對兩個壓縮脈沖進行相位誤差補償； 步驟S44:相干合成:兩個經(jīng)過相位誤差補償后的壓縮脈沖相干合成得到寬帶信號的脈 壓結(jié)果。
【文檔編號】G01S7/285GK106019239SQ201610368207
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李和平, 孫寶鵬, 王巖飛, 劉暢, 朱建光, 賈穎新
【申請人】中國科學院電子學研究所