【正文】 的一種編碼 。 L序列的結(jié)構(gòu)類同于隨機(jī)序列 ， 因而具有我們期望的自相關(guān)數(shù) 。 一個(gè)典型的移位寄存產(chǎn)生器如圖 所示 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 移位寄存產(chǎn)生器 n － 2 n － 1 n1 2 3模 2相加器O U T P U T第 9 章 高分辯力雷達(dá) 移位寄存器按時(shí)鐘頻率脈動(dòng) ， 任一級(jí)的輸出均是二進(jìn)制序列 。 最大序列的長(zhǎng)度為 2n1， n為移位寄存產(chǎn)生器的級(jí)數(shù) 。 對(duì)于應(yīng)用來講 ， 知道同樣長(zhǎng)度序列有多少種不同形式是重要的 。 系統(tǒng)的帶寬取決于時(shí)鐘頻率 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 L (a) 周期使用； (b) 非周期使用 N ＝ 15 N ＝ 1521?21?O ON?( a ) ( b )第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 (a) 數(shù)字式相關(guān)； (b) 數(shù)字相關(guān)器組成 碼元產(chǎn)生器相關(guān)器 平方22QI ?平方相關(guān)器A / DA / DIde tQde t90176。 用于搜索和跟蹤目標(biāo)的雷達(dá) ， 通常工作在較窄的頻帶 。 這種波形由一串 N個(gè)脈沖組成 ， 每個(gè)脈沖發(fā)射不同頻率 ， 頻率間的階躍為一固定值 ， 見圖 。 例如典型波形包含一串 N個(gè)寬度為 τ的脈沖 ， 單個(gè)脈沖的譜寬為 1/τ， 則脈間頻率階躍的值應(yīng)不大于 1/τ， 以保證脈沖中的組合頻譜在頻域上鄰接而不出現(xiàn)縫隙 。 設(shè)目標(biāo)為“ 點(diǎn) ” 目標(biāo) ， 雷達(dá)可以做相參處理 ， 在基帶 (零中頻 )上取出目標(biāo)的幅度和相位信息 。 當(dāng)脈沖串持續(xù)時(shí)間內(nèi)目標(biāo)有效視角不改變 ， 則脈沖串所獲目標(biāo)數(shù)據(jù)可視作目標(biāo)的瞬時(shí)離散頻譜特性 。相參混頻后輸出的基帶分量為 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 這是第 i個(gè)重復(fù)周期收到目標(biāo)對(duì)第 i個(gè)階躍頻率的響應(yīng)。 在第 i個(gè)頻率上回波響應(yīng)基帶輸出的樣點(diǎn)是目標(biāo)響應(yīng)在該頻率上的取樣 ， 由 N個(gè)脈沖的回波響應(yīng)組成目標(biāo)回波在頻率域的取樣數(shù)據(jù) 。 ?1?N第 9 章 高分辯力雷達(dá) 對(duì)頻域取樣數(shù)據(jù)做離散傅氏反變換 IDFT運(yùn)算 (或等效 FFT算法 )， 所獲得合成時(shí)域波形的取樣值 Hl為 ????10)2(NilNjilieGH?式中， l代表時(shí)域上的距離位置。 ?????? ???????? ??NyNjNyycRfjHl???? 221e x ps i ns i n22e x p0() 式中 lC fNRy ??? ?2() 合成距離分布函數(shù)的幅度為 NyyHl ??s i ns i n|| ? () 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 相應(yīng)于固定點(diǎn)目標(biāo)的合成距離分布 0 1 2N?H合成距離分布的離散值包絡(luò)曲線?第 9 章 高分辯力雷達(dá) 點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的合成距離分布離散值 Hl和相應(yīng)的分布包絡(luò)均示于圖 中 。 N, 177。 顯然 ， 不模糊距離長(zhǎng)度為 ， 即單個(gè)脈沖寬度所決定的距離 。取樣分辨定義為在分布曲線上任兩個(gè)相鄰位置的距離增量 。 當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng) vt≠0時(shí) ， 其合成距離分布將產(chǎn)生展寬和距離位移現(xiàn)象 ， 類似于線性調(diào)頻波形的模糊圖 。 若工作波長(zhǎng)為 λ，來自偏離視軸 (垂直于陣面 )方向的信號(hào)在天線端口處的相位是位置的函數(shù) 。 用復(fù)數(shù)形式表示的天線方向圖函數(shù) F(θ)為 ??????? ?s i ns i ns i n1)( 22)(LLdxeLFLLxj???????? ?其功率方向圖為 22s i ns i ns i n)(??????????????????????????LLF半功率點(diǎn) (用歸一化方向函數(shù) )： 21s i ns i ns i n)0()(222?????????????????????????????????LLFF () 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 這是超越函數(shù)，其圖解為 r adL i n ?????即 L?? |s i ndB3 ?? 對(duì)于小的波束寬度，即 ，可認(rèn)為 sin(θ)≈θ，則得實(shí)際常用公式： 1??L?LdB?? |3 ??或單程半功率波束寬度 L?? |dB3 ??() 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 定義在 2/π處的瑞利分辨力為 L?? ?dB4|() 由此得到的橫向分辨力為 LRRrLRRrcc??????????dB4dB4dB3dB3|||| () () 式中， R為目標(biāo)距離。 對(duì)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(shí)際目標(biāo)的距離往往不滿足平面波照射的條件 。 如果在接收機(jī)信號(hào)處理時(shí) ， 對(duì)不同距離的球面波前分別予以相位補(bǔ)償 ， 則對(duì)應(yīng)于這樣的處理稱為聚焦處理 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 可以證明，聚焦處理時(shí) SAR的方位線分辨力為 2Dra ??() 式中 ， D為天線尺寸 ， 方位線分辨力和目標(biāo)距離 R無關(guān) ， 這是一個(gè)很奇妙的特性 ， 在實(shí)際使用時(shí)帶來很多好處 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 1. 非聚焦處理 非聚焦處理時(shí)的合成孔徑長(zhǎng)度 L較小 ， 可按遠(yuǎn)場(chǎng)平面波情況近似分析 ， 然后再加以修正 。 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 ???? s i n22)( xx ??此外， x=vpt是載機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的， vp為載機(jī)飛行速度。當(dāng) θ很小時(shí)，滿足以下關(guān)系： Ry?? ?? tans i n () 式中 ， y為在距離 R處偏離波束指向的橫向距離 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 當(dāng)發(fā)射連續(xù)波信號(hào)時(shí) ， 合成孔徑天線對(duì) 到 時(shí)間內(nèi)收到的回波信號(hào)進(jìn)行積累處理 。 半功率點(diǎn)產(chǎn)生在： 21)0()( 2 ???????FF ?LRyRTyv p???|2dB3 ????用孔徑長(zhǎng)度 L=vpT表示的橫向分辨力為 LRr ??? | dB3 ?() 按 2/π幅度處定義的瑞利分辨力則為 RLr ?? ?? ? 21() 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 橫向分辨力與合成孔徑天線的長(zhǎng)度 L直接聯(lián)系 ， 在非聚處理時(shí) ， L值應(yīng)是多少 ? 下面予以討論 。 在非聚焦處理時(shí) ， 陣面上信號(hào)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 。 由式 ()可得 ，由此可得橫向分辨力為 ?RL ?m a x???? ? RRL 2121 ???() 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)共多卜勒頻率 距離 (時(shí)間 ) (a) 動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)； (b) 多卜勒頻率 距離 (時(shí)間 )關(guān)系 R0TLeR0＋ ? / 8第 9 章 高分辯力雷達(dá) 2. 聚焦處理 1) 聚焦處理時(shí) ， 由陣列邊緣產(chǎn)生的平方項(xiàng)可以在信號(hào)處理過程中予以補(bǔ)償 ， 此時(shí) ， 合成孔徑長(zhǎng)度由陣元波束寬度所覆蓋的長(zhǎng)度 Le所決定： DRL e???式中 ， D為實(shí)際陣元天線孔徑； λ/D為陣元的瑞利方向圖寬度 。 聚焦處理時(shí)要補(bǔ)償由邊緣波差產(chǎn)生的平方相位差 ， 即要做信號(hào)處理 ， 因此 ， 首先要分析工作過程中點(diǎn)目標(biāo)回波的性質(zhì) 。 根據(jù)多卜勒效應(yīng)可知 ， 當(dāng)雷達(dá)與目標(biāo)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 雙程產(chǎn)生的多卜勒頻率為 ?? s i n2 vf d ?目標(biāo)作等速直線飛行時(shí) ， 垂直于其航線方向的某一目標(biāo) ， 相對(duì)于飛機(jī)的徑向速度是變化的 ， 如圖 (a)所示 。 這一點(diǎn)可以進(jìn)一步由圖 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 2202020202 2)( xRddRRdRR ???????當(dāng)角度不大時(shí)忽略高次項(xiàng) d2, 則球面波引起的波程差為 022 Rxd ? () 由波程差引起的相對(duì)相移 (雙程相移 )為 ?????02222Rxd ?? () 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 由雷達(dá)運(yùn)動(dòng)引起的多卜勒頻移為 xR vtR vdxvddtdf dd ????????002 442 ?????() 由式 ()可知 ， 相移 υ與 x呈平方關(guān)系 ， 見圖 (b)。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)及其相位 距離 (或時(shí)間 ) (a) 動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)； (b) 相位 距離 (時(shí)間 )關(guān)系 目標(biāo)??R0Rx ( t )( a ) ( b )Ofdx ( t )直線區(qū)j第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)及其相位一距離 (時(shí)間 )的關(guān)系 ( a ) ( b )目標(biāo)R0RO x ( t )－ x?x ( t )O?? R第 9 章 高分辯力雷達(dá) 這就說明 ， 雷達(dá)接收機(jī)收到的將是一個(gè)線性調(diào)頻信號(hào) ， 其寬度等于單個(gè)天線波束寬度所決定的能收到信號(hào)的時(shí)間 。 如前分析 ， 這是不能滿足要求的 。 我們知道 ， 線性調(diào)頻信號(hào)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 。 所以 ， 壓縮后的信號(hào)是提高角分辨力而不是提高距離分辨力 ， 這個(gè)信號(hào)寬度遠(yuǎn)大于信號(hào)往返于最大作用距離的時(shí)間 ， 如果為脈沖法工作 ， 則遠(yuǎn)大于信號(hào)重復(fù)周期 。 設(shè)該點(diǎn)目標(biāo)的點(diǎn)反射系數(shù)為 K(為了簡(jiǎn)化 ， 先略去方向圖的影響 )， 則反射信號(hào)為 )( d0)( ttjr K A etu ?? ?() 通常飛機(jī)高度遠(yuǎn)小于距離，故 020220d 21222RxcRxRccRt ????? () 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 式中 ， td為雙程延遲時(shí)間； R0相當(dāng)于航路捷徑的垂直距離 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 式中， v為飛機(jī)飛行速度， 令第三項(xiàng)相移為 vtxRxcRxx???02020 2)(????() 220222)( tbvR tvt ?? ???() 根據(jù)已學(xué)知識(shí)可知，相位函數(shù)隨時(shí)間成平方關(guān)系的信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)，其角頻率為 ω=ω0+μt= ω0 2bv2t () 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 其中 02 12,2Rbbv??? ???可見 ， 調(diào)頻信號(hào)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 。 因此 ， 飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 目標(biāo)角位置的有用信息主要包含于相位函數(shù) υ(x)之中 ， 這個(gè) υ(x)或多卜勒頻率變化情況可從檢波器輸出端得到 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) )()( zjc Eexu ?? () υ(x) 中 x的最大值是天線方向圖主瓣照射的邊界 ， 即 (θ4 dB為單個(gè)天線 2/π強(qiáng)度處波束寬度即瑞利波寬 。 因?yàn)轭l偏為 2fmax， 所以線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻帶寬為 Dvff 22m a x ???() 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 在聚焦處理時(shí)，壓縮脈沖寬度為 vDf 210 ?? ??() 與輸出波形的 4dB寬度一致 (τ0也是用時(shí)寬表示的方位線分辨力 )。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 圖 (a) 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 zzRm i nRm a xh( a )( c )ABxx2x1x0zx( b )( d )R1R2??R? ?