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  • 2019-05-30 21:53:41

    多普勒分辨力
    地面回波总是零速度上出现,其 f d = 0 f_d=0 fd=0
    根据多普勒频移的不同来分辨地杂波,不希望的慢速度运动目标和关注的快速运动目标
    (尚未清楚慢速目标大小为多少,实验二/三均为1 m/s 和 2m/s,但其多普勒频移并未提取出来)

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  • 多普勒频率

    千次阅读 2021-03-18 11:11:36
    多普勒频率:接收频率与发射频率的差值,观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数,因而单位时间内通过接收者的完全波的个数,即接收的频率。 上面是原理:已知多普勒频率是指单位时间内接受...

    多普勒频率:接收频率与发射频率的差值,观察者接收到的频率等于观察者在单位时间内接收到的完全波的个数,因而单位时间内通过接收者的完全波的个数,即接收的频率。
    在这里插入图片描述
    上面是原理:已知多普勒频率是指单位时间内接受者接收的到完全波的个数,应先计算相位差,相位差是位移差/波长*2pi,而多普勒频率又等于相位差/(2pi 时间) ,总的来说就是径向速度/波长
    在这里插入图片描述
    对于雷达来说,也是径向速度/波长,但是要扩大2倍,因为时间是从波发出开始计算的。

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  • 对于机载侧视雷达,若是实孔径雷达,其分辨率将受到很大的...当时,有些科学家想突破经典分辨率的限制,提出了一些新的设想:利用目标与雷达的相对运动所产生的多普勒频移现象来提高分辨力;用线阵天线概念证明运动...
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    对于机载侧视雷达,若是实孔径雷达,其分辨率将受到很大的限制,特别是方位向分辨率,下面列举具体参数计算方位和距离向分辨率。其中,SLAR是指Side Looking Airborne Radar。

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    合成孔径雷达(SAR)思想的产生

    合成孔径的概念始于50年代初期。当时,有些科学家想突破经典分辨率的限制,提出了一些新的设想:

    • 利用目标与雷达的相对运动所产生的多普勒频移现象来提高分辨力;
    • 用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高分辨力。

    SAR基本概念

    合成孔径雷达天线往往仅用单个辐射单元,沿一直线依次在若干个位置平移,且在每一个位置发射一个脉冲信号,接收相应发射位置的雷达回波信号并储存起来,然后通过信号处理的方法产生一个等效的长的线性阵列天线。合成孔径雷达的特点是分辨率高,能全天候工作,可有效地识别伪装和穿透掩盖物。

    相参性

    要想通过在不同的位置发射信号并收集后再联合处理,那么首先就要确保发射的脉冲是相参的,相参性是SAR系统获得高分辨率的必要条件。

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    发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供,接收机也需要具备很高的时间精度。

    多普勒历程

    随着平台的运动,地面目标逐渐进入雷达波束,平台接近目标时多普勒频率为正,远离目标时为负,频率随时间变化曲线的斜率为负,目标的多普勒历程如下图所示。

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    SAR的距离和方位分辨率

    SAR通过脉冲压缩技术改善距离分辨率,它与发射信号的带宽有关,带宽越大,分辨率越小;通过合成孔径技术改善方位分辨力,条带SAR理论上可以达到天线尺寸的1/2,聚束SAR分辨率更小。

    高的分辨力要求采用小的天线而不是大的天线,并且与距离和波长无关。当然,受到其他因素的影响,天线孔径也不可能无限小。

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    回波的存储

    SAR是需要存储雷达回波,由于数据不是同时采集的,需要对一定的时间间隔内接收的信号进行运算。 A/D转换之后对数字信号进行存储,选择存储介质必须考虑到信息记录的速率、记录的数据容量、完成方位压缩和脉冲压缩时存储数据的读取速度。

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    SAR的信号模型和处理过程

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    SAR天线在每个位置发射脉冲信号并接收目标回波并按顺序存储,然后通过二维匹配滤波实现目标的距离和方位向的高分辨。

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    运动补偿

    SAR信号处理是假定雷达随飞机做直线等速飞行。实际上,运载天线的飞行器总是与这种典型的直线等速飞行状态有偏差的。因此就需要用辅助设备来补偿非直线运动。

    运动补偿设备必须包含能检测飞行路线与直线路径偏离的传感器,可以用各种方式使用此敏感元件的输出。为了完善运动补偿,还必须调整接收信号的相位,以补偿实际天线与理想的形成合成天线位置之间的偏移。

    极化合成孔径雷达

    极化是电磁波的本质属性之一,是除频率、幅度、相位之外的又一维重要信息。电磁波的传播和散射都是矢量现象,而极化正是用来研究电磁波的这种矢量特征。SAR系统常用四种极化方式——HH、VV、HV、VH。

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    雷达发射的能量脉冲的电场矢量,可以在垂直或水平面内被偏振。无论哪个波长,雷达信号可以传送水平(H)或者垂直(V)电场矢量,接收水平(H)或者垂直(V)或者两者的返回信号。

    单极化是指(HH)或者(VV),就是水平发射水平接收或垂直发射垂直接收。气象雷达领域那一般都是(HH)。

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    双极化是指在一种极化模式的同时,加上了另一种极化模式,如(HH:水平发射水平接收)和(HV:水平发射垂直接收)。全极化技术难度最高,要求同时发射H和V,也就是HH/HV/VV/VH四种极化方式。

    电磁波的极化对目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等比较敏感,因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。下图是同一个地区不同极化方式下的成像结果。

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    雷达极化已经发展成为一种比较成熟的技术,在农业(分辨不同的农作物耕地)、森林(植被高度、衰减系数等生物量的估计、物种识别)、地质(地质结构描述)、水文(表面粗糙度和土壤湿度估计、雪湿度估计)、海冰监测(冰龄和厚度估计)和海洋学(波特性估计,热和波前探测)等很大范围内都得到广泛的研究和应用。

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    水平极化波和垂直极化波在地物或海洋的后向散射系数和相位特性均不相同,因此除了通过多波段来增加遥感的信息含量,也可以通过不同的极化来提高目标的识别的准确度。

    通过对雷达目标和地物杂波的极化特性测量与分析,可以实现对不同目标的分类与识别,这在雷达抗干扰领域的作用也日渐突出。

    SAR波段选择

    雷达波段的选择可以说是相当重要,对于星载SAR,波段选择主要考虑了大气传输窗口、频率和极化对信息提取的影响,图像质量与设备复杂度之间的权衡等因素。

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    大气窗口都知道,大气中的氧和水分子、云雾和雨雹等对高频电磁能量吸收明显,在几个频率上有尖锐的吸收峰值,并且雷达信号在穿透电离层和对流层时会产生相位失真、极化旋转和损耗等,从而使图像出现误差、甚至难以成像。

    1GHz频率以下,虽然大气对电磁波的吸收不明显,但是存在明显的极化旋转效应,因此星载SAR的工作频段适宜选择L、C、X波段。

    星载SAR观测的后向散射波既包含目标表面发射波,还包含穿透得到的回波。波长越长、穿透能力越强,这种穿透作用在稠密作物或树木的情况下特别明显,从而产生多路径反射,从而形成了极化旋转。

    X波段适合对冰的观测和分类,以及对海面污染情况的观察;L波段适合对淡水和穿透地下目标的观测;C波段适合观察海洋上的强目标。

    SAR应用领域

    合成孔径雷达主要用于航空测量、航空遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等。它能发现隐蔽和伪装的目标,如识别伪装的导弹地下发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。

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  • 动目标指示(MTI)雷达:MTI雷达也使用多普勒频率区分动目标与静止目标和杂波。它的波形是一系列低PRR脉冲,从而避免距离模糊,但牺牲了速度精度。这些类型的雷达系统通常用于地面飞机搜索和监视应用。 脉冲压缩雷达:...

    测量目标距离仍然是大多数雷达系统的基本用途。然而,雷达系统在其组成方式、使用的信号、可捕获的信息以及如何在不同的应用中使用这些信息等方面都有了显著的发展。

    雷达广泛应用于军事和民用领域,包括:

    • 监视(威胁识别、运动检测或接近引信)
    • 探测和跟踪(目标识别和追踪或海上救援)
    • 导航(避免汽车碰撞或空中交通管制)
    • 高分辨率成像(地形测绘或着陆制导)
    • 天气跟踪(风暴预警或风廓线)

    按信号类型分类
    下面列出了一些具有各种信号类型的常见雷达系统:

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    连续波(多普勒)雷达:连续波雷达系统以恒定频率发射连续波信号。接收信号存在多普勒频移,可用于确定目标速度。该雷达系统通常用于交通监控。FMCW雷达:FMCW雷达系统对CW信号进行调频以产生定时基准。有了这些信息,除了可以测速之外,还可以测距。连续波雷达的一个显著优势是它们提供连续的结果(与脉冲雷达系统相比)。这种雷达系统常用于飞机在着陆过程中的精确测高。脉冲雷达:基本的(非相干)脉冲雷达系统,通过测量发射和接收脉冲之间的时间差来确定目标的距离和方向。由于相位在脉冲间是随机的,所以系统是非相参的。远程空中监视是这些雷达系统的常见的应用场景。多普勒脉冲雷达:这是一种相参雷达系统,在该系统中,根据接收脉冲间相位的变化可以获得除目标距离和方向之外的信息——目标速度。通常采用高脉冲重复率(PRRs),这使得径向速度测量更精确,但测距精度较低。利用多普勒脉冲雷达系统在抑制静杂波的同时检测运动目标,这对气象监测应用具有重要意义。动目标指示(MTI)雷达:MTI雷达也使用多普勒频率区分动目标与静止目标和杂波。它的波形是一系列低PRR脉冲,从而避免距离模糊,但牺牲了速度精度。这些类型的雷达系统通常用于地面飞机搜索和监视应用。

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    脉冲压缩雷达:短脉冲宽度信号提供更好的距离分辨率,但作用距离有限。长脉冲宽度信号包含更多能量,提供更长的探测范围,但牺牲了距离分辨率。脉冲压缩结合了长脉冲宽度与功率相关的优点和短脉冲宽度的分辨率优点。通过调制发送信号的频率(例如线性调频)或相位(例如使用巴克码),长脉冲可以在接收机中压缩相当于调制信号带宽倒数的量;许多天气监测系统已趋向于使用脉冲压缩雷达。按天线配置分类单站雷达:在单站雷达中,发射机和接收机通过时域复用的方式共用同一个天线。双基地雷达:发射天线和接收天线分离(通常以较大的距离或偏移角)的雷达系统称为双基地雷达系统。双基地雷达系统通常用于探测隐身目标,其中隐身技术有意避免将雷达信号反射到发射机方向。电子扫描阵列(ESA):雷达系统可以使用天线阵列,可包含1000或10000个天线阵列。通过精确地控制每个天线阵元的相位和幅度,可以形成阵列的整体波束方向图。这些相控阵天线是机械扫描天线的替代品,机械扫描天线通常更重,更容易发生故障。
    此外,电机的单点故障会造成机械系统失效,而相控阵天线的一个或多个阵元发生故障时,不会导致整个雷达系统失效。电子扫描阵列(ESA)雷达系统有两种基本类型:无源ESA(PESA)和有源ESA(AESA)。

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    PESA:无源电子扫描阵列。通常,PESA雷达系统从一个信号源获得信号,然后将其分成数百条路径,并对其中一些进行延迟和(或)衰减,直到每条路径到达单个天线阵元。AESA:有源电子扫描阵列。AESA雷达系统阵列的每个天线阵元都是独立发射/接收模块(TRM)。这提供了很大的灵活性,使AESA雷达系统能够同时在多个频率下工作,产生多个波束模式以实现不同的雷达功能。AESA雷达现在是最先进的战斗机基线。影响雷达性能的要素

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    千次阅读 2021-06-19 17:23:26
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空空如也

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