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合成孔径雷达中点目标模拟的干涉现象

江碧涛  张云华  姜景山  
【摘要】:合成孔径雷达(SAR)的成像仿真在SAR系统研制的各个阶段发挥着重要作用,例如在设计阶段,可以为应用指标和系统硬件技术指标的确定提供依据,为运动补偿和成像算法的研发提供模拟原始数据;在SAR系统的试验阶段,可以为分析和检验SAR系统的空间分辨率提供参考依据。SAR的成像仿真主要包括几个部分:(1)系统参数,例如发射信号模型,信号带宽, 天线方向图,脉冲重复频率(PRF),基带信号采样率等;(2)成像模型,例如条带(包括正侧视、斜视)、聚束(包括直线聚束和圆迹聚束)和扫描等模型;(3)雷达载体模型,例如机载, 星载等;(4)地面模型,例如陆地(包括平原,丘林,山区)和海洋;(5)地面目标的电磁散射系数模型(包括单站和双站),因不同地物而变化。在上述五个部分中,确定地面目标的真实反射系数最为困难。目前国际上即便是应用最先进和最快速的计算电磁场方法,要完成大尺度面目标电磁散射的严格计算也是极为困难的,故在实际中通常采用点目标模型来进行SAR成像的模拟。本文以光学图像作为输入散射系数图像,将图像中的每一个像素等效为一个理想点目标,通过模拟机载SAR对散射系数图的成像表明当这些离散的点目标之间的距离与雷达的工作频率以及雷达信号的带宽满足一定的关系时,所得到的雷达图像会在距离向出现明暗干涉条纹现象。对产生干涉条纹现象的原因进行分析后发现,产生干涉条纹的原因是由于有规则排列的点目标事实上形成了一个天线阵,即在SAR沿直线运动发射信号并接收回波信号的过程中,在每个位置上所获得的距离向回波信号实际上等效为来自一个天线阵的辐射信号。当点目标之间的距离为雷达波长的若干倍,也即天线阵元之间的距离为雷达波长的若干倍时,天线方向图便会出现栅瓣,正是由于天线阵辐射的栅瓣导致模拟SAR图像中出现干涉条纹。文中提出了消除干涉条纹的简单方法,即在每个点目标的回波中加入一个[0,2π]间的随机相位,成像模拟证明了该方法可以很好地消除模拟成像中的干涉条纹。

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