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雷达成像的几个问题 保 铮. 西安电子科技大学 雷达信号处理重点实验室 2004.5. Ⅰ 方位高分辨和合成阵列. Ⅱ 机动目标的 ISAR 成像. Ⅲ 分布式星载 SAR. Ⅲ 分布式星载 SAR. Ⅲ-1 概述. 分布式小卫星（星座，卫星编队） 星载 SAR 的任务（场景成像，高程测量， GMTI ） 单个卫星 SAR 大天线（避免多普勒、距离模糊） 大功率 用分布式小卫星（可分当）. 需求： 高程测量、 GMTI—— 需空间信息 （单通道 —— 多孔径） 多孔径、长基线 - PowerPoint PPT Presentation
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雷达成像的几个问题
保 铮
西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室
2004.5
2
Ⅰ 方位高分辨和合成阵列
Ⅱ 机动目标的 ISAR 成像
Ⅲ 分布式星载 SAR
3
Ⅲ 分布式星载 SAR
Ⅲ-1 概述分布式小卫星（星座，卫星编队）
星载 SAR 的任务（场景成像，高程测量， GMTI ）
单个卫星 SAR
大天线（避免多普勒、距离模糊）
大功率
用分布式小卫星（可分当）
4
需求： 高程测量、 GMTI—— 需空间信息
（单通道——多孔径）
多孔径、长基线
场景多普勒去模糊 十米级
GMTI 百米级
高程测量、被动定位 千米级
5
Hill 方程的解)cos( tAx
0)sin(2 ytAy )cos( tBz
)y(0
)(0
)(0
0直线钟摆车轮
BA
PendulumA
CartwheelB
自主飞行
星座构形－基本上不需要动力
Y
Z
X V
6
优点：▲ 多功能；▲ 低成本（生产、发射）、批量化部署；▲ 灵活（生存能力强，可靠性高）。
问题：△ 超大稀疏阵列（三维）；△ 柔性阵列；△ 时统问题。
7
Ⅲ-2 空间阵列设一发多收—— 等效自发自收 x
y
1R 0R2R
发射
接收相位中心
0 0( , )x y目标虚拟中心
8
虚拟中心
场景中心线
X
Y
Z
UV
V
U
星座构形（坐标）
9
Ⅲ-3 利用空间阵列解多普勒模糊小卫星—小天线（如 2×1m ）—多普勒模糊
如何利用空间阵列解模糊。
△ 形成横向窄波束（低副瓣）方向图；
△ 考虑阵列、环境时变。
虚拟中心
以 fd ＝ 0为例
10
V
地面
与地面交点
等距离球面
等多普勒锥面
速度
法平面
维只有R
11
若高度有变化（ A—
>B ， R 不变）对单星 SAR
无影响。 阵列则不一样 A 点时， P1 , P2 两天线相位相同。 而 B 点时
2P
2L
oP
1P
2L
o
R
P
A
B
R
L
RRR LL
22
222
2 )()(
mR
mm
mkmL
mkmR
10
1
10100
101
101000
2
3
6
mKRrad400
4
法平面
太大
12
仍然得不到所需要方向图
非同一时刻（对固定目标等效）
rVT
短阵
mVT
sF
smV
r
r
5
1400
7000
若：
13
用波数域分析（ FFT ）——要用短时 FFT
FFT
0df
场地
为例以 0df
无局域性（自适应需
要）
（ DBS）
对特定的地段（一定的时间间隔） 临界阵列长度 RLc 6.0
mL
cm
kmR
c 100
3
1000
若：
所照区域长度：
mR
RRRx BW 300
6.06.0
14
Ky 域（ fd 域）处理的意义
对各卫星数据作 DFT ，用同一路 fd 输出作阵列输出。 以 fd ＝ 0 为例 tm 和 y 的位置是离散的，不可能列为一直线。 实际上对一短时间间隔，一路 fd 输出（相当于 DBS ）对应一段 y 的长度。 可用 VTr 一段内的阵列（非同时）来处理。
同一 fd
( 举例fd ＝ 0)
tm 离散(m tm)fd 也离散
rVT Y
DFT
df
15
FFT
FFT
FFT
FFT
FFT
UWH
)(
][min
1)(
01
2
0
a
E
H
HHH
H
RW
RWW
WUUWUW
aW
W
16
解多普勒模糊所需要的卫星数目直线星座最简单长阵变短阵后，加权后的波束条件一般可实现（完全重叠除外）
正常
不正常
正常 不正常
正常2W 不正常2
W
可变重复频率
17
dN
d
d
rda
rda
rda
MNNN
M
M
MN
M
M
fX
fX
fX
MffX
fMfX
MffX
aaa
aaa
aaa
a
a
a
2
1
22
22
222
21
211
2
1
2
)12(
2
1
1
1
0
0
XAFX a
VT
dj
n
n
ea2
dN
d
d
rda
rda
rda
MN
MN
MN
MN
MMMM
MMMM
fX
fX
fX
MffX
fMfX
MffX
aaaa
aaaa
aaaa
2
1
21
22
21
22
12
11
11
2
)12(
2
dn fX
用 表示卫星在航向方向的排列，令
由于模糊，多普勒滤波输出的每一个分量实际上都是多个是方向分量 的加权和
nd
da fX
18
UXAFX a
UAFXAFX 11 a
dfdn fUE
2
gf
E
M
m
N
nnm
fo
d
12
1 1
2
,
1H1 UAFUAF
19
12
1 1
2
,
M
m
N
nnmfg
F 是典型的 Vandermonde 方阵，其逆矩阵中的每个元素都可以直接用公式写出
N
n pnN
npp
N
m
pN
npp
VT
dd
VT
dVTN
k
Ng
1 2
1
1
0
2
1
sin
sin1
20
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
g=17. 42dB
g=12. 97dB
g=8. 64dB
g=14. 86dB
g=48. 83dB
g=38. 29dB
g=22. 59dB
g=0dB
g=0dB
g=0dB
VT
噪声增益举例
21
调整重复频率使空间采样改变排列 Fr=1418Hz
Fr=1415Hz
Fr=1412Hz
Fr=1409Hz
Fr=1406Hz
Fr=1403Hz
Fr=1400Hz
Fr=1397Hz
Fr=1394Hz
Fr=1391Hz
g=19. 00dB
g= 6. 40dB
g= 3. 89dB
g= 4. 10dB
g= 7. 46dB
g=15. 91dB
g=36. 86dB
g=23. 79dB
g=30. 43dB
g=43. 55dB
22
用插值方法解多普勒模糊多普勒模糊的产生——采样率不够多颗卫星，增加采样非均匀均匀栅格插值噪声增益非录取平面的处理与限制
23
谢 谢 ！
24
长度为 短阵列的波束零点在那里？rVT
D
4
0
2
D4/
2sin D2
D
33
4
0
32
D3/
2sin D3
2
34
D
2
DN
N 11
22sin
N
N
D
1
N
N 12
:点的情况N
N
N
N
N 1
2
12
0
2
:两点的情况 :三点的情况
25
第一个盲点 :
盲点波束宽 :
)(, 均匀分布rr
nn VTDVTD
11
2sin
21
VV
TFf
rrd
rVT
12
26
▲ ▲ 可以证明，分离模糊信号的能力与移动可以证明，分离模糊信号的能力与移动 所得阵 列大小无关。所得阵 列大小无关。
可否加长阵列？可否加长阵列？
▲ ▲ 同时减小。 同时减小。
▲ ▲ 阵元移动阵元移动
12,, nnrT
27
00 sin2 V
fd
iidV
f
sin2
)sin(sin2
00
ididrV
ffmF
间距 rnVT 引起的波程差变化
2)sin(sin 00
nmnVTLL iri
0i
0i
rnVT
28
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
(dB)
幅度
方位角（度）
等效小阵列（米）：
0 0.5264 3.2722 2.7413 4.5289 1.0154 3.8865 2.2556 1.6444
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长阵列 -→短阵列的举例
以简单线阵为例（先将双站等效为单站）以简单线阵为例（先将双站等效为单站） 设原阵列各孔径的相位位置为：设原阵列各孔径的相位位置为：00 ，， 35.147435.1474 ，， 45.274745.2747 ，， 290.3997290.3997 ，， 400.4002400.4002 ，， 590.5590.5731731 ，，755.6674755.6674 ，， 860.7922860.7922 ，， 955.8510955.8510mm
移位移位 用不同的用不同的 ， ，使使得位移压缩后的阵列得位移压缩后的阵列00 ，， 0.14740.1474 ，， 0.27470.2747 ，， 0.39970.3997 ，， 0.40020.4002 ，， 0.57310.5731 ，，0.66740.6674 ，， 0.79220.7922 ，， 0.85100.8510mm
rii VTnd in rrii VTVTnd 0
压缩后阵列长度不足压缩后阵列长度不足 11mm ，空域分辨太低，显然不能，空域分辨太低，显然不能实现空域去模糊。只是换不同时刻的不起作用。实现空域去模糊。只是换不同时刻的不起作用。
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卫星位置改变有困难，但可微调节卫星位置改变有困难，但可微调节
如 ：如 ： 1400Hz -→1431Hz1400Hz -→1431Hz
压缩后的阵列为：压缩后的阵列为： 00 ，， 0.90550.9055 ，， 1.24941.2494 ，， 1.78941.7894 ，，
4.17254.1725 ，， 3.56913.5691 ，， 2.34562.3456 ，， 4.74474.7447 ，， 1.96951.9695mm
rT
rF
31
谢 谢 ！
