[發明專利]用于通過測量空間頻率分量進行雷達成像的裝置和方法

有效

• 申請號: 201310182327.0
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN103278817A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 章成棟
• 申請（專利權）人: 空間數碼系統公司
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 馬景輝

本申請是國際申請日為2008年5月20日、申請號為200880024227.2、發明名稱為“用于通過測量空間頻率分量進行雷達成像的裝置和方法”的發明專利申請的分案申請。

相關申請

本申請按照35U.S.C§119(e)要求于2007年5月21日提交的序列號為60/930,955的美國臨時申請的權益。

技術領域

本發明涉及前視雷達成像系統。具體地，涉及使用數字波束成形技術測量垂直航跡(cross-track)方向的場景中的空間頻率分量的雷達成像系統。

背景技術

常規的前視成像雷達被廣泛用于飛機著陸和車輛導航應用中。在這種系統中，帶有機械萬向節的天線孔徑通常被安裝在飛機或其它車輛前面，并且通常被用于發射功能和接收功能。天線被以固定的仰角對準車輛下前方的一點。機械萬向節允許天線沿著垂直于車輛運動方向的垂直航跡進行方位角掃描。對于沿著垂直航跡掃描的每個方位角位置，從該天線發射射頻脈沖或一系列信號波形，并且該脈沖或信號波形遇到輻射區域內的目標而散射，散射能量中的一些返回到天線。距離天線較近的物體將比距離天線較遠的物體更早地返回回波。因此，基于回波返回的時序將雷達返回波劃分到時間區間（time?bin）內等效于將它們劃分到反映到散射目標的距離的距離區間內。因此成像雷達沿航跡方向的最高分辨率取決于可以多么精確地執行距離選通(range?gating)，并且這主要是發射波形帶寬的函數。

在垂直航跡或方位角維度中，分辨率主要由孔徑的大小指示，較大的孔徑產生沿著垂直航跡方向而被掃描的較小的波束覆蓋區（beam?footprint）。當垂直于航跡掃描天線時，以脈沖重復頻率（PRF）發射脈沖或雷達波形，以便獲取來自沿著垂直航跡掃描長度的每個波束覆蓋區的一系列返回波。因此，對于每個掃描，以根據距離選通分辨的沿航跡方向上的像素和根據孔徑大小及PRF速率分辨的垂直航跡方向上的像素構造二維圖像。

該常規方法的一個缺點是天線萬向節增加了系統的重量和復雜度。由于平臺在掃描開始和結束之間進行移動，所以掃描處理本身也增加了像差。另外，場景中的所有頻譜分量被在掃描鉛筆形波束（scanning?pencil?beam）方向上積分，這需要在可以執行高效的空間頻譜濾波之前對接收到的信號進行傅立葉變換。因此，提供一種下述系統是有用的，該系統使用一個或多個固定天線，其可以一次獲得整個場景從而減少運動引起的像差，并且直接獲取空間頻譜，改進了信噪比并且以容易進行頻譜處理的方式給出數據。

發明內容

提供了一種前視雷達成像系統，該系統通過沿著垂直航跡維度應用的數字波束成形技術直接測量場景的空間頻率分量。通過對適當選擇的脈沖發射波形的距離選通進行距離或沿航跡方向上的處理。分段接收天線作為干涉計操作，以便直接并且同時獲取寬波束發射天線所輻射的整個測繪帶（swath）的空間頻率信息。這種系統提供了改進的信噪比，消除了測繪帶上的時間扭曲（time?skew），并且能夠實現高度靈活的空間頻率域濾波和圖像處理，導致了更高質量的圖像。

根據本發明的成像雷達的一個實施例包括分離的發射天線和接收天線。發射天線被選擇為輻射該天線下前方地面上的寬目標測繪帶。由接收天線截取來自該測繪帶內的目標的散射返回波。接收天線包括若干獨立的元件，這些元件中的每一個響應該散射返回波而同時地產生接收信號。來自接收天線的每個元件的接收信號被傳遞到距離處理器，距離處理器將這些信號中的每一個劃分到相應于在沿航跡（距離/仰角）方向距天線不同距離的距離區間內。距離處理器采用匹配的濾波處理，并且可在頻域中實現。雷達返回信號連續地經過短時窗（short-time-window）快速傅立葉變換（FFT）處理器，并且由發射雷達波形的存儲頻譜乘以輸出頻譜。然后通過逆快速傅立葉變換（IFFT）處理將該乘積頻譜轉換回時域。IFFT的各個輸出分量相應于相應距離區間的返回雷達信號強度。當使用六十四點FFT和IFFT時，從距離處理器模塊輸出至少六十四組距離區間數據。