近空间宽束扫描模式被动非典

文摘

近被动特区由被动雷达接收机放置在运载工具,另一个现有雷达卫星作为一个照明器。在本文中,我们提出一个宽束扫描模式近被动SARs的目的是增加方位场景扩展。接收距离近的SAR比卫星SAR,短和近被动合成孔径时间特别行政区不超过的时间间隔期间目标的方位角梁横向发射机。我们设计我们的小说模式传播的方位波束接收机与发射机的方位足迹。我们也同步的方位波束接收机和卫星在几秒内光束扫描期间进一步提高现场扩展。此外,我们制定方位场景扩展和跳伞运动的足迹重叠时间被动非典方面可能涉及卫星和接收机的位置。实验仿真证明我们提出模式的有效性,特别是揭示宽束扫描模式提高了方位场景扩展和占用重叠时间宽束模式,没有减少方位分辨率。

1。介绍

研究航天和航空,空间之间的传统领域典型卫星和飞机是通常被称为近太空,这是定量定义为大气区域从地球表面20公里到100公里以上(1]。由于近太空是对流层之上,没有大气的障碍(例如,云、雷暴和降水)对远程检测或长期的通信。因此,近太空展品潜力很大空间攻击和防御系统的广泛应用。

近被动非典(2)是一种新的合成孔径雷达(SAR)。近被动的接收者SAR是放在运载工具。另一方面,它雇佣另一个现有雷达卫星照明器。近被动“非典”被认为是作为一个典型的单元与非对称结构在未来传感器网络(3因为跳伞运动车辆的高度和速度是非常不同于卫星。

星载和机载混合双基地SAR (4- - - - - -7]的发射机是星载和接收器放在飞机上,有一个相似之处近被动SAR。然而,后者比前者有两大优点,即(1引入的)更广泛的成像范围更大的飞行高度接收机平台和(2)引起的更大的灵活性的可变性接收机平台的速度,大约5到3000米每秒。

另一方面,一个常见的特性近被动非典和星载/空气混合双基地“非典”是有很大区别的速度发射机接收机平台的平台,对点目标。结果,无论是SARs可以工作的两个类的经典带状地图模式(8]。研究文献的星载/空气混合收发分置的非典,双滑动焦点模式提出了增加方位场景扩展,取决于双方的光束控制(9]。然而,这种模式并不适用于系统使用机会的来源。为克服此缺点,研究了宽束模式(10)对于非合作的系统,按照事实混合双基地SAR的接收距离远短于星载SAR系统的单站。在这篇文章中,我们提出一个宽束扫描模式,使混合双基地SAR进一步增加方位场景扩展。该模式可用于收发分置的SARs与不对称结构。在我们的工作中,模拟和评估将为测试模式近被动非典。

2。宽束扫描模式

2.1。概述

接收距离近的SAR比这更短的卫星SAR。此外,其合成孔径时间较短或等于时间间隔期间目标方位波束的遍历发射机。基于这两个属性的跳伞运动被动非典,我们设计一种新颖的模式传播跳伞运动SAR的方位波束增加方位场景扩展。此外,我们的方位波束同步与卫星接收机在几秒内光束扫描期间进一步提高现场扩展。注意,这里我们假设接收机配备相控阵天线波束扫描。我们将该模式的宽束扫描模式。这种模式允许接收器的足迹速度方位角增加卫星的足迹,如果接收者的方位足迹分布的宽度一样,方位发射机的足迹。在这种情况下,合成孔径时间达到它的最大价值。

图1说明了提出了宽束扫描的空间布局模式。当时接收机的梁开始扫描。这个角梁的最大转向角的接收器。当、卫星和运载工具经过现场中心同时接收者一边寻找。当时的扫描波束接收器的结束。长度是实现方位场景扩展。

2.2。信噪比近被动SAR

双基地SAR的雷达方程(11)是 在这里和分别发送和接收大国。和分别是发射和接收的收益。和从发射机和接收机的距离的目标,分别。是信号波长,是双基地规范化的雷达截面,分辨单元的面积。

为简单起见,我们假设卫星和运载工具在平行飞行路径和移动向同一个方向。在这个场景中,地面距离和方位分辨率可以计算为11,12] 在这里和分别是地面距离和方位分辨率。和的飞行速度是发射机和接收机平台分别是光速,传输信号的带宽,是收发分置的角度,双基地的迎角平分线方向,然后呢是合成孔径时间。分辨单元的面积是地面距离和方位分辨率的产物。

用(2)(1),考虑到距离和方位压缩收益,我们有 在哪里距离和方位压缩后的信噪比,工作周期,玻耳兹曼常量,接收机噪声温度,是接收机噪声图,是系统损耗系数。

让梁覆盖率方位相同,我们设置了方位天线长度的运载工具 在这里和是卫星的方位角天线长度和运载工具,分别。接收天线的方位角扫描角,在扫描过程中不同。的存在是由光束扫描过程中光束传播的效果。这种情况是由下的信噪比 在这里和是孔径发射和接收天线的效率,分别。和的高程天线长度是卫星和运载工具,分别。请注意,没有参数在(5)由于信噪比损失由接收天线的方位角扫描引起的。星载SAR系统的单站,用(5)如下: 在哪里是星载SAR系统的单站压缩后的信噪比,是单站规范化的雷达截面,是一个单站星载SAR的入射角。此外,,,接收机噪声温度,接收机噪声图,和星载SAR系统的单站系统损耗系数,分别。分(5)(6),我们有 在哪里为简洁是一个变量,其值是。

然后我们估计信噪比的比率。我们假设一个x波段发射机是放置在LEO卫星飞行大约在515公里的高度和附近的空间接收器是在20公里的高度飞行,,,,,,计算信噪比的比率。这个比率大于1的结果多接收距离相比,传输距离短,保证该模式的可行性。特别是,可以传播接收波束加权相控阵元素的振幅和相位,从而可以显著增加的比率。

2.3。脉冲重复频率近被动SAR

星载SAR系统的单站,采用脉冲重复频率满足(13] 在哪里多普勒带宽,采用脉冲重复频率,回声持续时间,和传输信号的脉冲宽度在星载SAR系统的单站,分别。

对于一个跳伞运动是由被动SAR多普勒带宽 在哪里是坐标方位角方向和现场为中心的中心。简单的推导省略。根据(9),多普勒带宽达到其最大值在现场中心。在这种情况下,给出了多普勒带宽

很明显,如果比例不大于为星载照明器,采用脉冲重复频率不会导致近被动SAR多普勒模糊。在大多数情况下,可以满足上述约束除非接收机平台迅速移动,例如,速度比当超过25次的吗。在这种情况下,一些程序删除方位谱折叠现象时必须采取近被动SAR成像算法,设计和研究的过程是另一个研究课题,这是超出了这个工作的范围。

星载和机载混合收发分置的非典和近空被动非典显示相关元素的几何布局相似,因为对SAR系统是很常见的一个卫星的高度和速度远高于相应的接收机平台。因此,在大多数情况下,回声星载SAR系统的持续时间在一个单站长于近空间,在一个被动的SAR由于片是在星载SAR系统的单站太久,本质上是相似的星载/空气混合双基地SAR。因此,采用脉冲重复频率的星载照明器不会导致近被动SAR距离模糊。我们读者指(10)的详细解释星载/空气混合双基地SAR。

总之,如果比例不大于照明器的PRF满足 在哪里是近被动SAR回波时间时间。另一方面,当比率大于,方位谱折叠现象应该被删除。如何删除谱折叠现象的研究是一个全新的重要的问题,这将在我们未来的研究加以解决。

2.4。配方的方位场景扩展和足迹重叠的时间

方位的场景扩展和足迹重叠的时间分别制定如下: 在这里接收机是3-dB波束宽度的波束扫描的开始或结束。是发射机的方位足迹维度。为了简便起见,我们省略了扣除。

在我们的框架,讨论的方位分辨率(10)是新配方

然后我们做一个估计的大小使用相同的节中描述的参数值2.2。被设置为°,被设置为,被设置为。的价值可以计算使用(4)。在这项研究中,和约和,分别。相比之下,他们的价值观和下宽束模式提出了(10]。很明显,与我们的假设参数值,该模式大大提高了和在宽束模式(10]。然而,两种模式的方位分辨率是相同的,因为他们的相同的合成孔径时间。

3所示。模拟

我们进行模拟演示了宽束扫描模式的有效性。我们使用terrasar - X的参数、萨特和TerraSAR-L的X - C - l波段雷达卫星,这些参数是用于我们的模拟。所有可能的入射角度、照明器和接收机,都检查。表1列表中使用的参数模拟。此外,接收机的速度设置,,分别在不同脉冲重复频率范围的模拟接收机的速度。

我们使用的参数表1计算信噪比的比率(7)并将结果显示在图2。可以看出,最低的比率大于。这信噪比近被动SAR保证可接受的图像品质。我们计算的最低允许使用(脉冲重复频率10)与有关参数。脉冲重复频率的最大可接受的值也根据几何性质计算的空间布局模式。图中描述了脉冲重复频率范围的结果3,曲面和D是上界和下界的PRF近太空被动SAR,分别和曲面B和C的上界和下界操作编码脉冲范围对应的星载照明器,分别。很明显,星载照明器的操作脉冲重复频率范围之间的上下界估计可以接受近被动SAR。注意,接收机速度设置为,这是一个典型的速度浮子的跳伞运动。节2,我们已经观察到可接受的脉冲重复频率的下限可能大于PRF受雇于星载接收机平台时照明器迅速移动。第三个仿真验证该观察。图4说明了可接受的脉冲重复频率当接收机的速度设置为绑定,,分开。我们注意到曲面C和D几乎重叠在接收机的速度设置的时候出现,表面上方的曲面D C当速度达到。

执行另一个模拟计算的比值方位场景扩展和足迹重叠时间宽束扫描模式和宽束模式。表中列出的结果2,它的值可以看出方位场景扩展和足迹重叠时间显著提高了使用该模式,尤其是对X和C波段。L波段的改善的原因是相对较小的波束宽度接收器在此频带比较宽由于其相对长波长(见(12))。

4所示。结论和未来的工作

我们已经提出了一个宽束扫描模式近被动非典。理论分析和模拟实验表明,我们的方法所带来的信噪比大于对星载SAR系统的单站。这个有前途的结果提供了启用近被动SARs的可能性与可接受的品质形象。实验模拟验证方位场景扩展和宽束扫描模式下的足迹重叠时间大于宽束中的值模式。这改善了模式的方位分辨率不会降低。

在未来的工作中,我们将研究更复杂的光束扩展算法,进一步提高信噪比。换句话说,我们将光束扩散加权振幅和阶段每个数组元素。我们还将研究新算法的性能在提高信噪比。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持的(没有。61105005)和中央大学(没有基础研究基金。27 r0905024a)。

引用

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