1.依次填入下面一段文字橫線處的語句銜接最恰當(dāng)?shù)囊唤M是

導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)原理合成孔徑雷達(dá)(SAR)

第八章高分辯力雷達(dá)美研發(fā)出最小合成孔徑雷達(dá)

154MD上的合成孔徑雷達(dá)

8.1合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用

美國宇航局(NASA)'sAirSAR合成孔徑雷達(dá)裝載于一架DC-8飛機(jī)的側(cè)面雷達(dá)罩內(nèi),加裝有合成孔徑雷達(dá)

“空警”2000型預(yù)警機(jī)在駕駛艙下方的雷達(dá)罩內(nèi),加裝有合成孔徑雷達(dá)(SAR),可執(zhí)行對地面目標(biāo)的偵測與追蹤任務(wù),目前只有美國計劃在2012年服役的E—10預(yù)警機(jī)(MC2A),才具有這種空地并重的功能,由此顯示中國的預(yù)警機(jī)發(fā)展引領(lǐng)了世界潮流。

“空警”2000型預(yù)警機(jī)“空警”2000下方的小型合成孔徑雷達(dá)陸地觀測技術(shù)衛(wèi)星ALOS號合成孔徑雷達(dá)天線打開

ALOS衛(wèi)星是日本在1992年發(fā)射的地球資源衛(wèi)星1號和1996年發(fā)射的改進(jìn)型地球觀測衛(wèi)星之后發(fā)射的又一顆更加先進(jìn)的陸地觀測技術(shù)衛(wèi)星。ALOS號合成孔徑雷達(dá)天線大地彩虹──合成孔徑雷達(dá)

諾斯羅普·格魯曼公司的RQ-4A“全球鷹”是美國空軍乃至全世界最先進(jìn)的無人機(jī)。作為“高空持久性先進(jìn)概念技術(shù)驗證”(ACTD)計劃的一部分，包括“全球鷹”和“暗星”兩個部分在內(nèi)的“全球鷹”計劃于1995年啟動?！叭蝥棥笨赏瑫r攜帶光電、紅外傳感系統(tǒng)和合成孔徑雷達(dá)帶有多種有效載荷，包括側(cè)視合成孔徑

ERS衛(wèi)星

ERS-1ERS-2歐空局分別于1991年和1995年發(fā)射。攜帶有多種有效載荷，包括側(cè)視合成孔徑雷達(dá)（SAR）和風(fēng)向散射計等裝置），由于ERS-1（2）采用了先進(jìn)的微波遙感技術(shù)來獲取全天候與全天時的圖象，比起傳統(tǒng)的光學(xué)遙感圖象有著獨特的優(yōu)點。ERS-1雷達(dá)衛(wèi)星影像太陽神-2A光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

歐洲近日用俄羅斯宇宙-3M發(fā)射首顆雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”。它是德國第1顆偵察衛(wèi)星，旨在幫助德國構(gòu)建本國太空偵察體系，從而引起了世界軍事航天界的廣泛關(guān)注。太陽神-2A光學(xué)成像偵察衛(wèi)星JSTARS，代號E-8

機(jī)身下裝有一個12米長的雷達(dá)艙，即前機(jī)身下白色長形物體。利用艙內(nèi)強(qiáng)勁的AN/APY-3多模式側(cè)視相控陣I波段電子掃描合成孔徑雷達(dá)1引言

雷達(dá)采用實際孔徑天線時，設(shè)陣天線長度為L,均勻加權(quán)；在遠(yuǎn)場條件下，發(fā)射和接收均認(rèn)為是平面波。8.2合成孔徑雷達(dá)(SAR)若工作波長為λ，來自偏離視軸方向的信號在天線端口處的相位是位置的函數(shù)。如果設(shè)目標(biāo)方向偏離視軸θ角，則回波信號的單程相位差φ(x)為利用雷達(dá)回波預(yù)測天氣雷達(dá)回波測距雷達(dá)回波用復(fù)數(shù)形式表示的天線方向圖函數(shù)F(θ)為

(8.1)由回波信號的單程相位差φ(x)X-----為接收點偏離相位基準(zhǔn)點的位置半功率點(用歸一化方向函數(shù))：

其功率方向圖為

上式是超越函數(shù)，其圖解為

即

對于小的波束寬度，即，可認(rèn)為sin(θ)≈θ，則得實際常用公式：或單程半功率波束寬度(8.2)定義在2/π處的瑞利分辨力為(8.3)由此得到的橫向分辨力為

a)b)收發(fā)雙程時，其半功率點分辯力可證明為(8.5)瑞利（1842～1919）

Rayleigh，Baron

英國物理學(xué)家。原名J.W.斯特拉特。1842年11月12日生于埃塞克斯的威特姆，1919年6月30日卒于同地。

他進(jìn)行了光柵分辨率和衍射的實驗研究，第一個對光學(xué)儀器的分辨率給出明確的定義，對光譜學(xué)的研究起了重要作用。1904年諾貝爾物理學(xué)獎--氬的發(fā)現(xiàn)SAR有兩種工作方式，一種是對回波信號作聚焦處理，另一種是非聚焦處理。8.3SAR原理雷達(dá)接收回波測定目標(biāo)位置

對于合成陣而言，當(dāng)目標(biāo)處于無窮遠(yuǎn)處，其回波可視為平面波，而實際目標(biāo)的距離往往不滿足平面波照射的條件。對應(yīng)于不同距離，目標(biāo)回波的波前是半徑不同的球面波。平面波平面波三維圖球面波前

如果在接收機(jī)信號處理時，對不同距離的球面波前分別予以相位補(bǔ)償，則對應(yīng)于這樣的處理稱為聚焦處理。

如果將合成陣各點上所接收的信號進(jìn)行相參積累，在積累前不改變各點接收信號間的相位關(guān)系，即不加任何相位補(bǔ)償，則這種情況稱為非聚焦處理。聚焦處理時SAR的方位線分辨力為(8.6)方位線分辨力和目標(biāo)距離R無關(guān)，這是一個很奇妙的特性，在實際使用時帶來很多好處。非聚焦處理時的方位線分辨力為(8.7)D為天線尺寸R0為合成陣中心到目標(biāo)的距離

非聚焦處理時的合成孔徑長度L較小，可按遠(yuǎn)場平面波情況近似分析，然后再加以修正。從視軸方向照射來的目標(biāo)回波到達(dá)天線孔徑的每一處是等相位的。1.非聚焦處理遠(yuǎn)場測試

天線測試系統(tǒng)

緊縮場天線測試的緊縮場意思是指在一個相對小(緊縮)的空間里產(chǎn)生出傳統(tǒng)遠(yuǎn)場天線測試所需要的平面波。小合成孔徑的幾何關(guān)系如下圖示，可認(rèn)為與實際孔徑天線相似。上圖中，偏離視軸橫向距離y處目標(biāo)回波的收、發(fā)雙程相位差為此外，x=vpt是載機(jī)運(yùn)動時產(chǎn)生的，vp為載機(jī)飛行速度。θ為偏離視軸的方位角。當(dāng)θ很小時，滿足以下關(guān)系：

(8.9)

因為在合成孔徑時，每個陣元收到的回波相位差是發(fā)、收雙程的，因而較一般實際孔徑天線時相位差增加1倍。y為在距離R處偏離波束指向的橫向距離。

當(dāng)發(fā)射連續(xù)波信號時，合成孔徑天線對到時間內(nèi)收到的回波信號進(jìn)行積累處理。如在這段時間內(nèi)對目標(biāo)均勻照射，則對橫向偏移為y時的積累響應(yīng)為式中(8.10)所得結(jié)果與實際孔徑的天線類似：

ALOS號合成孔徑雷達(dá)天線由歸一化功率響應(yīng)，可得到半功率點的分辨率。半功率點產(chǎn)生在：用孔徑長度L=vpT表示的橫向分辨力為a)按2/π幅度處定義的瑞利分辨力則為b)

橫向分辨力與合成孔徑天線的長度L直接聯(lián)系，在非聚處理時，L值應(yīng)是多少?下面予以討論實際工作情況下，目標(biāo)與天線間的距離不是無窮大，合成孔徑邊緣處收到的點目標(biāo)回波存在相位差。

在非聚焦處理時，陣面上信號的相位差將影響合成孔徑天線波束展寬和副瓣惡化，為此，孔徑L受到限制。從圖8.17中可看到，以y=0為基準(zhǔn)，在孔徑L的邊緣處到達(dá)目標(biāo)的距離也發(fā)生ΔR的變化，即(8.12)

如果允許孔徑邊緣處往返相位差不超過π/2，則ΔR≤λ/8。由式(8.12)可得，由此可得橫向分辨力為(8.13)

聚焦處理時，由陣列邊緣產(chǎn)生的平方項可以在信號處理過程中予以補(bǔ)償，此時，合成孔徑長度由陣元波束寬度所覆蓋的長度Le所決定：(8.14)

2.聚焦處理1)天線陣列觀點式中，D為實際陣元天線孔徑；λ/D為陣元的瑞利方向圖寬度。因此，合成孔徑雷達(dá)的橫向分辨率為

此時的橫向線分辨力與目標(biāo)距離P無關(guān)，且與陣元尺寸D成正比，這是完全不同于實際孔徑天線的。聚焦處理時要補(bǔ)償由邊緣波差產(chǎn)生的平方相位差，即要做信號處理，因此，首先要分析工作過程中點目標(biāo)回波的性質(zhì)。月蝕計劃F-106B月蝕計劃：F-106“聚焦”目標(biāo)來達(dá)到最大雷達(dá)回波強(qiáng)度火控流程E-8與其上的合成孔徑雷AN/APY-3澳大利亞“楔尾”預(yù)警機(jī)和機(jī)上的MESA多功能電子掃描陣列雷達(dá)天線圖片創(chuàng)新的小型電控天線陣列

天線陣

2)脈沖壓縮技術(shù)的觀點

我們也可以從脈沖壓縮技術(shù)的觀點來闡述合成孔徑雷達(dá)的原理?，F(xiàn)將目標(biāo)(地面的某一處)作為點源來分析：圖動目標(biāo)坐標(biāo)共多卜勒頻率-距離(時間)的關(guān)系根據(jù)多卜勒效應(yīng)可知，當(dāng)雷達(dá)與目標(biāo)存在相對運(yùn)動時，雙程產(chǎn)生的多卜勒頻率為目標(biāo)作等速直線飛行時，垂直于其航線方向的某一目標(biāo)，相對于飛機(jī)的徑向速度是變化的。在角度θ不大時，因為而x=vt所以多卜勒頻移fd與x或t的關(guān)系近似為直線，見圖9.18(b)。這一點可以進(jìn)一步由圖8.19得到證明，圖中，雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離R0與雷達(dá)位置x的關(guān)系為當(dāng)角度不大時忽略高次項d2,則球面波引起的波程差為(8.15)由波程差引起的相對相移(雙程相移)為(8.16)由雷達(dá)運(yùn)動引起的多卜勒頻移為(8.17)由式(8.16)可知，相移φ與x呈平方關(guān)系。香港機(jī)場的多普勒雷達(dá)圖8.19動目標(biāo)坐標(biāo)及其相位-距離(或時間)的關(guān)系(a)動目標(biāo)坐標(biāo)；(b)相位-距離(時間)關(guān)系圖8.20動目標(biāo)坐標(biāo)及其相位一距離(時間)的關(guān)系

這就說明，雷達(dá)接收機(jī)收到的將是一個線性調(diào)頻信號，其寬度等于單個天線波束寬度所決定的能收到信號的時間。這個信號若采用一般檢取振幅顯示的辦法顯示，則顯示器畫面的亮弧將與單個天線波束寬度一致，即角分辨度由單個天線決定。如前分析，這是不能滿足要求的。

既然接收到的信號是線性調(diào)頻信號，那么，能否用線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)使收到的信號變窄呢?

當(dāng)然是可以的。我們知道，線性調(diào)頻信號經(jīng)過匹配濾波器之后，脈沖包絡(luò)受到壓縮，這等效于把天線的波束寬度變窄了，從而提高了角度分辨力。不過，這時所用x軸(或時間t)不是目標(biāo)的斜距離，而是代表θ，即方位角度變化。所以，壓縮后的信號是提高角分辨力而不是提高距離分辨力，這個信號寬度遠(yuǎn)大于信號往返于最大作用距離的時間，如果為脈沖法工作，則遠(yuǎn)大于信號重復(fù)周期。雷達(dá)接收機(jī)及其處理裝置脈沖壓縮123k不連續(xù)發(fā)射連續(xù)發(fā)射F-14D上安裝休斯公司的AN/AWG-9脈沖多普勒雷達(dá)把輻射信號以復(fù)信號形式表示為

(8.18)它經(jīng)過點目標(biāo)反射后又到達(dá)雷達(dá)天線。設(shè)該點目標(biāo)的點反射系數(shù)為K(為了簡化，先略去方向圖的影響)，則反射信號為(8.19)通常飛機(jī)高度遠(yuǎn)小于距離，故(8.20)式中，td為雙程延遲時間；R0相當(dāng)于航路捷徑的垂直距離。通常x<<R0，故(8.21)代入(8.22)式中，第二項相移是垂直距離R0引起的，為一個常量；第三項相移為沿x軸的且與接收單元天線位置有關(guān)的相移，與x成非線性關(guān)系。式中，v為飛機(jī)飛行速度，

令第三項相移為(8.23)(8.24)根據(jù)已學(xué)知識可知，相位函數(shù)隨時間成平方關(guān)系的信號為線性調(diào)頻信號，其角頻率為ω=ω0+μt=ω0-2bv2t

(8.25)其中

可見，調(diào)頻信號的角頻率變化速度μ與飛機(jī)速度的平方成正比，與垂直距離成反比。這些可以從角速度與徑向速度的變化圖中直觀地看出來。全相參雙偏振多普勒天氣雷達(dá)

因此，飛機(jī)運(yùn)動時，目標(biāo)角位置的有用信息主要包含于相位函數(shù)φ(x)之中，這個φ(x)或多卜勒頻率變化情況可從檢波器輸出端得到。這個信號也可叫零中頻信號即多卜勒頻率信號或叫相參視頻。(8.26)φ(x)中x的最大值是天線方向圖主瓣照射的邊界，即 (θ4dB為單個天線2/π強(qiáng)度處波束寬度即瑞利波寬。因為微波系統(tǒng)的天線介紹

天線的方向性圖所以(8.27)輻射分布圖半功率波瓣寬度卡塞格倫天線是另一種在微波通信中常用的天線，它是從拋物線演變而來的。卡塞格倫天線由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。其中主反射器為旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面?？ㄈ駛愄炀€卡塞格倫天線卡塞格倫天線工作原理又

D為實際天線孔徑,所以

(8.28)(8.29)即最高多卜勒頻率等于單個天線孔徑的倒數(shù)，為一常量。因為頻偏為2fmax，所以線性調(diào)頻信號的調(diào)頻帶寬為(8.30)在聚焦處理時，壓縮脈沖寬度為(8.31)與輸出波形的-4dB寬度一致(τ0也是用時寬表示的方位線分辨力)。用x表示的方位線分辨力為(8.32)式(8.32)表明用脈沖壓縮原理導(dǎo)出的結(jié)果與用合成陣列導(dǎo)出的結(jié)果一致。圖8.21合成孔徑雷達(dá)的照射情況與頻移情況鉛垂面；(b)水平面；

(c)不同距離目標(biāo)的照射情況；(d)不同距離目標(biāo)的多卜勒頻移SAR為脈沖工作狀態(tài)時，由于是對連續(xù)信號取樣，這時，將存在二維模糊。方位角模糊是由于在脈沖工作狀態(tài)時，在每個位置上發(fā)收一個脈沖，經(jīng)過d=vTr時間后再發(fā)射接收下一個回波脈沖。離散天線陣列的方向圖具有柵瓣多值性。

3.合成孔徑雷達(dá)的模糊問題“飛豹”脈沖多普勒雷達(dá)的平面狹縫天線飛豹戰(zhàn)斗轟炸機(jī)

精確定位殺手锏＂中華飛豹＂

合成孔徑天線方向圖函數(shù)F(θ)為(8.33)“飛豹”戰(zhàn)斗轟炸機(jī)

由于收發(fā)往返雙程的相位差，故上式較一般的陣列天線方向圖中的相角值增加1倍。脈沖工作狀態(tài)時，合成孔徑雷達(dá)陣元距離d=vTr,v為平臺速度，Tr為脈沖重復(fù)周期。(8.33)式的函數(shù)具有柵瓣多值性，柵瓣或模糊波束的位置為

n為整數(shù)(8.34)圖8.22模糊波束指向n=1為第一對模糊波束位置。n=1第一對模糊波束位置第一對模糊指向角θm不大時n為其它整數(shù)時還有柵瓣出現(xiàn)。這些柵瓣形成一列方位角幾乎是等間隔且幅度相等的波瓣列。

SAR要測的是θ=0°這個合成波束所對準(zhǔn)的地面目標(biāo)區(qū)，而其他合成模糊波束對方向所接收的回波形成了重疊在所要求地面目標(biāo)區(qū)上的干擾信號，必須抑制掉這些干擾才能獲得目標(biāo)區(qū)的清晰圖像。以色列獅式戰(zhàn)斗機(jī)EL/M2032多模態(tài)脈沖多普勒雷達(dá)圖8.23用真實天線波瓣抑制合成模糊波束如果SAR天線的實際孔徑尺寸為D，則其方向圖函數(shù)為該方向圖的零點位置在：即(9.2.35)第一個零點位置于n=±1,即。

模糊柵瓣不產(chǎn)生影響的條件是陣列模糊柵瓣的正與實際天線零點位置重合，即因為

所以D=2d=2vTr

(8.36)

實際天線孔徑D由平臺速度v及重復(fù)頻率所限，見上式所示。聚焦式SAR的橫向分辨力，即最高分辨力隨重復(fù)頻率fr的提高而提高。脈沖工作時,SAR也有距離模糊。最大不模糊距離由重復(fù)頻率fr決定，即,c為光速。KLJ-7機(jī)載X波段脈沖多普勒雷達(dá)圖8.24正側(cè)視雷達(dá)測繪時的幾何關(guān)系圖

當(dāng)SAR對地面測繪時，其幾何關(guān)系如圖8.24所示。如果保證測繪最近點的回波和最遠(yuǎn)點的回波不產(chǎn)生模糊，則應(yīng)滿足如下關(guān)系：當(dāng)天線下視角為α，仰角波束寬度為αr時，所照射到的地面距離尺寸則為Tg=Tr′secα，Tr′為遠(yuǎn)近回波脈沖的距離間隔。距離不模糊的基本關(guān)系為

而地面尺寸Tg又和仰角波束寬度αr有關(guān)：Tg≈Rαr，代入上式后得到波束寬度αr的限制值為式中

一般雷達(dá)方程的單個脈沖回波時的信噪比為

(8.37)Pt為發(fā)射機(jī)輻射脈沖功率；G為天線增益；λ為工作波長；Ld為各種損失；k為玻茲曼常數(shù)；σ為目標(biāo)的有效截面積；Fs為系統(tǒng)噪聲系數(shù)。

4.SAR的距離方程對面反射目標(biāo)的有效截面積，在分辨