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CN106970388A - 双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统 - Google Patents

双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统 Download PDF

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CN106970388A
CN106970388A CN201710366408.4A CN201710366408A CN106970388A CN 106970388 A CN106970388 A CN 106970388A CN 201710366408 A CN201710366408 A CN 201710366408A CN 106970388 A CN106970388 A CN 106970388A
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郑世超
姜漫
孙志强
谢少彪
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Abstract

本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，包括发射分系统和接收分系统，所述发射分系统和接收分系统分别安装于两颗卫星平台上，所述两颗卫星平台采用跟飞工作模式，所述发射分系统发射Ka频段线性调频连续波信号。本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，解决了FMCW SAR存在的收发隔离问题；可有效降低天线峰值发射功率，避免天线功率密度大带来的散热、可靠性等问题。

Description

双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统
技术领域
本发明涉及FMCW SAR成像系统，具体涉及一种星载Ka FMCW PANEL SAR(Ka波段调频连续波模块化合成孔径雷达)成像系统。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)能够全天候、全天时地进行对地观测，提供高分辨率的雷达图像，并能够穿透地表和植被获取地表下的信息，而且作用距离远，成像范围大，因而在地质探测、地形测绘、洪水灾害监测、农作物鉴别、产量评估等民用领域和战场、战略侦查等军事领域有着广泛的应用前景。
传统SAR系统采用脉冲体制。脉冲体制Ka频段SAR系统所需要的峰值发射功率远远高于低频段，受功率源发展水平限制，Ka频段T组件单通道发射功率较小，脉冲体制Ka频段SAR系统峰值发射功率的增大，天线阵面的功率密度增大，将导致发射天线T组件数量大大增加，载荷重量和成本随之增加，工程实现难度增大，难以使用小平台搭载，无法满足轻小型星载SAR的需求。
调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统将SAR技术和FMCW雷达技术相结合，不仅具有调频连续波雷达重量轻、体积小、造价低和抗干扰能力强等特点，同时又具有传统脉冲体制SAR系统的高分辨率的特点。FMCW SAR作为一种新的成像雷达体制，得到了国内外充分重视，已成功应用于机载。但目前还未有星载Ka FMCW SAR成像系统的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，解决了星载FMCWSAR高发射功率情况下存在的收发隔离问题；可有效降低天线峰值发射功率，避免天线功率密度大带来的散热、可靠性等问题。
为了达到上述的目的，本发明提供一种双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，包括发射分系统和接收分系统，所述发射分系统和接收分系统分别安装于两颗卫星平台上，所述两颗卫星平台采用跟飞工作模式，所述发射分系统发射Ka频段线性调频连续波信号。
上述双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其中，所述接收分系统包括接收有源相控阵天线；所述接收有源相控阵天线采用方位向多接收通道设计。
上述双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其中，所述发射分系统包括发射有源相控阵天线，所述发射有源相控阵天线和接收有源相控阵天线的天线阵面均由模块化子天线阵面组合形成。
上述双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其中，所述发射有源相控阵天线的天线阵面包含多块模块化子天线阵面，该多块模块化子天线阵面沿方位向排列；所述模块化子天线阵面上设有多个发射单元；所有模块化子天线的发射单元通过馈电网络和电缆形成一个发射通道。
上述双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其中，所述接收有源相控阵天线的天线阵面包含多块模块化子天线阵面，该多块模块化子天线阵面沿方位向排列；一个接收通道对应的多个模块化子天线阵面形成一块独立的电气子板，每块电气子板上设有多个接收单元，每块电气子板上的多个接收单元通过馈电网络和电缆形成一个接收通道。
上述双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其中，所述接收有源相控阵天线为可折叠有源相控阵天线。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
1)本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，在星载SAR成像系统上采用Ka频段，采用调频连续波体制，将发射分系统和接收分系统分别安装于两颗卫星平台上，解决了星载FMCW SAR高发射功率条件下存在的收发隔离问题，调频连续波体制可有效降低天线峰值发射功率，避免天线功率密度大带来的散热、可靠性等问题；
2)本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，接收有源相控阵天线采用方位向多接收通道设计，可有效降低天线峰值发射功率，避免天线功率密度大带来的散热、可靠性等问题，且能增加接收天线增益同时降低脉冲重复频率；
3)本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，发射有源相控阵天线和接收有源相控阵天线的天线阵面均由模块化子天线阵面组合形成，使得天线阵面加工精度好、一致性高、易组合。
附图说明
本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明较佳实施例的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统示意图。
图2是本发明较佳实施例中发射有源相控阵天线天线阵面的示意图。
图3是本发明较佳实施例中接收有源相控阵天线天线阵面的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图3对本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统作进一步的详细描述。
本发明的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统包括发射分系统和接收分系统，所述发射分系统和接收分系统分别安装于两颗卫星平台上，所述两颗卫星平台采用跟飞工作模式，所述发射分系统发射Ka频段线性调频连续波信号。
图1所示为本发明较佳实施例的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统示意图。该双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统包括发射分系统1和接收分系统2，所述发射分系统1和接收分系统2分别安装于两颗卫星平台上，所述两颗卫星平台采用跟飞工作模式。
所述发射分系统1包括发射频率综合器11、预功率放大器12和发射有源相控阵天线13；所述发射频率综合器11输出高线性度的大带宽线性调频连续波信号作为激励信号，该激励信号经所述预功率放大器12放大后通过所述发射有源相控阵天线13对外发射输出。
所述接收分系统2包括接收频率综合器201、接收有源相控阵天线202、低噪放大器203、下变频变换器204、中频放大器205、中频滤波器206和数字接收机207；所述发射分系统1对外发射输出的发射信号(Ka频段线性调频连续波信号)经目标反射形成回波信号，所述接收有源相控阵天线202接收回波信号；所述接收频率综合器201产生本振参考信号(本振参考信号与发射信号调频斜率相同但信号带宽略大)，所述接收有源相控阵天线202接收的回波信号经所述低噪放大器203放大后与该本振参考信号进行下变频变换，产生中频信号，该中频信号依次经所述中频放大器205放大、所述中频滤波器206滤波后由所述数字接收机207接收，转换成量化数字信号，该数字信号与雷达辅助数据形成格式化数据输送给对地数传系统210，所述对地数传系统210将格式化数据传送地面，由地面进行SAR成像处理。
所述发射监控定时单元14用于实现发射分系统1的控制与定时；所述接收监控定时单元208用于实现接收分系统2的控制与定时；所述第一双星同步时钟单元15和第二双星同步时钟单元209用于实现两颗卫星平台的同步。
本实施例中，双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统的内定标系统可采用现有技术，两颗卫星平台的同步及两分系统的控制与定时均有相应现有技术，在此不作详细描述，但不影响本实施例的实施。
所述接收有源相控阵天线202采用方位向多接收通道设计，以实现高分辨率宽覆盖要求。所述发射有源相控阵天线13和接收有源相控阵天线202的天线阵面均采用模块化子天线阵面进行组合化设计。
本实施例中，根据星载Ka FMCW SAR成像系统设计所要求达到的技术指标，分析出本成像系统需要五个接收通道同时工作，并计算出发射有源相控阵天线13的天线阵面有效口径面积以及接收有源相控阵天线202的天线阵面有效口径面积。
根据计算出的发射有源相控阵天线13及接收有源相控阵天线202的天线阵面有效口径面积，本实施例采用0.5m×0.5m模块化子天线阵面组合成发射有源相控阵天线13的天线阵面及接收有源相控阵天线202的天线阵面。
图2所示为本发明较佳实施例中发射有源相控阵天线天线阵面的示意图。本实施例中，本成像系统设计一个发射通道，如图2所示，所述发射有源相控阵天线13的天线阵面包含四块第一模块化子天线阵面31，该四块第一模块化子天线阵面31沿星载Ka FMCW SAR成像系统方位向排列；每块第一模块化子天线阵面31的面积为0.5m×0.5m，四块第一模块化子天线阵面31组合后的面积为0.5m(距离向)×2.0m(方位向)，即所述发射有源相控阵天线13的天线阵面有效口径面积为0.5m(距离向)×2.0m(方位向)；每块第一模块化子天线阵面31上设有228个T组件(图2中未示)，所述发射有源相控阵天线13的天线阵面共有912个T组件，该912个T组件通过馈电网络和电缆形成一个发射通道。
图3所示为本发明较佳实施例中接收有源相控阵天线天线阵面的示意图。本实施例中，本成像系统设计五个接收通道，如图3所示，所述接收有源相控阵天线202的天线阵面包含十五块第二模块化子天线阵面32，该十五块第二模块化子天线阵面32沿星载Ka FMCWSAR成像系统方位向排列，一个接收通道包含三块第二模块化子天线阵面32；每块第二模块化子天线阵面32的面积为0.5m×0.5m，十五块第二模块化子天线阵面32组合后的面积为0.5m(距离向)×7.5m(方位向)，即所述接收有源相控阵天线202的天线阵面有效口径面积为0.5m(距离向)×7.5m(方位向)；一个接收通道对应的三块第二模块化子天线阵面32形成一块独立的电气子板，每块电气子板上设有684个R组件(图3中未示)，所述接收有源相控阵天线202的天线阵面共有3420个R组件，每块电气子板上的684个R组件通过馈电网络和电缆形成一个接收通道。较佳地，所述接收有源相控阵天线202为可折叠有源相控阵天线。
本实施例中，有源相控阵天线的天线阵面采用模块化子天线阵面组合形成，使得天线阵面加工精度好、一致性高、易组合。
本实施例中，接收有源相控阵天线202采用方位向多接收通道设计，可解决Ka频段天线增益不足的问题，同时降低了脉冲重复频率。
本实施例中，本成像系统工作模式设计为条带模式和滑动聚束模式。表1所示为条带模式下本成像系统技术指标，表2所示为滑动聚束模式下本成像系统技术指标。
表1条带模式下成像系统技术指标
表2滑动聚束模式下成像系统技术指标

Claims (6)

1.双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，包括发射分系统和接收分系统，其特征在于，所述发射分系统和接收分系统分别安装于两颗卫星平台上，所述两颗卫星平台采用跟飞工作模式，所述发射分系统发射Ka频段线性调频连续波信号。
2.如权利要求1所述的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其特征在于，所述接收分系统包括接收有源相控阵天线；所述接收有源相控阵天线采用方位向多接收通道设计。
3.如权利要求2所述的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其特征在于，所述发射分系统包括发射有源相控阵天线，所述发射有源相控阵天线和接收有源相控阵天线的天线阵面均由模块化子天线阵面组合形成。
4.如权利要求3所述的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其特征在于，所述发射有源相控阵天线的天线阵面包含多块模块化子天线阵面，该多块模块化子天线阵面沿方位向排列；所述模块化子天线阵面上设有多个发射单元；所有模块化子天线的发射单元通过馈电网络和电缆形成一个发射通道。
5.如权利要求3所述的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其特征在于，所述接收有源相控阵天线的天线阵面包含多块模块化子天线阵面，该多块模块化子天线阵面沿方位向排列；一个接收通道对应的多个模块化子天线阵面形成一块独立的电气子板，每块电气子板上设有多个接收单元，每块电气子板上的多个接收单元通过馈电网络和电缆形成一个接收通道。
6.如权利要求3所述的双星Ka FMCW PANEL SAR成像系统，其特征在于，所述接收有源相控阵天线为可折叠有源相控阵天线。
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