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收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像形式-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备成长历程

admin 2019-05-27 587°c

具有多个发射和多个接纳信道(MIMO)的雷达体系能够选用先进的成像办法,有利于下一代地球科学和行星科学组成孔径雷达(SAR)使命。除了添加灵活性之外,MIMO-SAR还能够一起进行全极化收集,而不会下降扫描宽度或分辨率。

经过运用立异的正交波形波束构成技能,可夏目彩春以完成对来自正交信号的互相关搅扰的充沛按捺。为了验证这种MIMO-SAR成像办法,NASA的机载雷达传感器DBSAR-2将作为实验渠道。

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概述

对高分辨率组成孔径雷达(SAR)产品日益增长的需求成为运用多个发射和多个接纳通道(也称为多输入多输出MIMO)SAR开发的驱动要素之一。这种新式传感器使得成像技能能够进步丈量才能,并使它们与传统的SAR体系差异开来[1][2]。

一种这样的有利技能是一起全极化SAR成像,其答应添加丈量条带或减小脉冲重复频率(PRF)而不下降方位分辨率[3]。为此,雷达有必要发送一对波形,这对波形关于恣意时移是正交的。

在[4]中十分具体地标明,关于SAR成像,一般不存在掩盖相同频带的信号的波形正交性。这是由于信号回来的时刻分散,由于它们反映在地上上一般较大的条带上。在这种情况下,接纳信号的回波窗口比脉冲持续时刻自身长得多。

当运用经典信号编码和相关技能时,其他波形的搅扰能量被分散,但依然彻底存在。为了确保SAR中的信号正交性,在[5]中初次提出运用相似啁啾的伪正交信号,其仅在有限的时刻帧内供给正交性。在此时刻规模之外,接纳端的时变数字波束成形(DBF)用作按捺一切不需求信号的空间滤波器。

当将上述MIMO办法运用于极化丈量时,能够在单个脉冲重复距离(PRI)[3]内取得散射矩阵(HH,HV,VH,W)的一切四个参数。在该办法中,一起发送相似线性调频的伪正交水平缓垂直极化信号,而在每个极化处的多信道接纳器获取并数字化从地上反射的信号。

在数字化之后,时刻和频率改变数字波束成形(DBF)被运用于多通道数据,在每个极化处,答应别离散射矩阵的四个极化重量。这种波形别离办法鄙人文中将称为正交波形波束构成(OWB)技能,由于通道的正交性经过波形的特别结构与DBF[4]结合来完成。

OWB技能首要运用具有点状方针的根据地上的MIMO-SAR演示器进行验证[6],然后在具有扩展方针的实在成像办法中进行验证[7]。下一步,该技能将经过美国宇航柿饼局戈达德太空飞翔中心的机载雷达传感器DBSAR马切纳-2进行验证[8]。该雷达的作业频率为1.26GHz(L波段),信号带宽为50 MHz雷达选用MIMO架构,8个有源子阵,发射时可编程恣意波形,接纳时为DBF。

雷达天线元件之间的距离为10.0厘米,使得能够在大约一个45规模内的跨轨迹方向进步行波束操控。

正交波形波束构成(OWB)技能

与点方针雷达运用比较,一起发射的水平缓垂直极化之间的SAR波形正交性不只需求单个时刻实例,而且还需求由于雷达回波的大时刻扩展而在信号之间的恣意移位。原因在于在匹配滤波器的输出处存在一起发送的正交波形,这下降了SAR图画的质量。在脉冲紧缩之后,这些搅扰随时刻扩展,但依然存在于SAR信号中。

因而,传统的正交波形,编码收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程和后处理技能将不能正确地用于准确的SAR成像。从SAR波形中去除发型规划与脸型调配不需求的能量的有用办法是运用具有杰出界说的相关特性的相似线性调频的发射信号,并结合接纳上的空间滤波。

适用于OWB技能的波形的一个比如是分段移位啁啾(SSC)波形[5]。这些伪正交波形是啁啾的移位版别,其坚持相同的调制速率但需求不同的子脉冲持续时刻和带宽。在接纳时,子脉冲能够组合满足带宽B和全脉冲持续时刻的单个信号。图1中示出了伪正交波形的示例,其间针对两个发送信道在时域和时频域中制作了啁啾和SSC信号。

图1 OWB技能中选用的分段移位啁啾(SSC)波形在指定时刻规模内供给回来信号的正交性。

图2(a)显现了SSC波形的信号频谱。能够清楚地看到信号频谱中心的跳动不接连性。它是波形开端和完毕时的时域相位跳变的成果。反过来,这将导致规模紧缩后的歪曲脉冲响应,由于不能再运用经典的逐步变细。

因而,作者主张在SSC发射(Tx)波形中引进稳定的相位偏移。假如波形在波形的开端和完毕处规划为零相位,则能够防止频谱内的不接连(参见图2(b))。

图2(a)第二个SSC波形的信号频谱内的跳动不接连性。(b)具有稳定相位偏移的第二个SSC波形,以防止跳变不接连。

如图1所示,两个波形在时刻帧0到p/2和p/2到p中是正交的。在这些时刻帧内,信号相关性为零。但是,当在整个时刻帧0到p上履行信号相关时,SSC波形将相关。因而,需求一起构成多个接纳天线窄波束,每个波束遵从一段SSC波形,这有用地完成了空间滤波。

但是,由于在每个时刻至少两个段具有相同的频率内容,所以依然不能供给DBF的仅有别离,而且需求额定的带通滤波。因而,在带通滤波之后,领结婚证需求带什么接纳信号在段中被波束构成而且以在每个发送的极化处生成两个原始数据流的办法组合。因而,经过有用地完成频率和时变天线波束来完成改善的别离(参见图3)。

图3正交波形波束构成技能的后处理计划。鄙人改换和数字化之后,回波信号经过一组带通滤波器和两组时变DBF权重。出于阐明意图,仅显现单个接纳通道。

关于机载MIMO-SAR,除了DBF之外,还能够对接纳的原始数据运用短时傅里叶改换以别离信道。与运用的FIR滤波器办法比较,这将导致更少的核算复杂度。但是,关于MIMO技能的初始完成,这个具体的主意需求更具体的剖析,这关于未来的论文是可预见的。

在DBS去吧皮卡丘AR-2中施行OWB办法

考虑到DBSAR-2雷达体系的功用[8],咱们细心挑选了mess几许联系(飞机的高度和条带的方位)和脉冲持续时刻,以确保最佳地按捺搅扰波形。在发射时,具有15s的总脉冲持续时刻和50MHz的带宽的两个伪正交波形用于水平极化和垂直极化。

在每个极化处以稳定的转向权重发生发射波形,以构成28.5视角的Tx光束,照耀相关于最低点20... 37之间的条带。为了确保经过DBF完成最佳波形按捺,有必要相关于飞机高度,天线半功率波束宽度和脉冲持续时刻减小扫描宽度。在3.0千米的飞机高度,这导致宽度为529米。事实上,这是用于MIMO-SAR成像的相对狭隘的扫描带,但足以证明OWB技能在未来在星载体系中的施行的才能和好处。

图4 榜首个和第四个带通滤波器后接纳信号的抵达角(AoA)。赤色线条表明条带的方位。

接纳后,收集和数字基带下变频一切接纳信道原始数据后,信号经过一组六个数字带通滤波粤菜器(图3)。它们以有限脉冲响应(FIR)滤波器的办法完成。滤波级将全信号带宽分红6个持平巨细的子带,相当于总脉冲持续时刻的组成窄化。

如图4所示,图4显现了榜首个和第四个输出端的接纳信号过滤。蓝色和绿色条纹别离对应于榜首和第二Tx波形的回波。水平红线表明条带的角位收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程置。在该图的两个图中能够看出,带通波形Tx1和Tx2的回波总是由p/2=7.5us分隔。在滤波之后,时变接纳天线波束被规划为经过线性束缚最小方差(LCMV)DBF [9]来盯梢子带在其上跋涉的一起使得来自其他波形的搅扰最小化。

对一切六个带通滤波器重复此操作,并别离对两个Tx波形施行,发生12个时变集DBF权重。图5中制作了这种接纳办法的示例。被照亮的条带由20到37之间的灰色条表明。赤色条表明来自飞机另一侧的回波迫击炮的抵达角,由于天线指向最低点。能够看出,在抵达31.30us时的带通滤波器NO.4之后的办法,在榜首波形(蓝色)的抵达角(AoA)处具有最大增益,而在空增益第二个波形(绿色)。

图5在3130时刻的带通滤波器No.4的DBF之后的天线办法。保存榜首个Tx波形的回波,一起按捺第二个T越南地图x波形的回波。

经过模仿评价了运用DBSAR-2完成的OWB技能的功能。该技能功能的一个要害方面是高度按捺来自一起发射的伪正交波形赛罗奥特曼大电影以及来自飞机另一侧的回波的不需求的能量奉献。此外,需求充沛按捺强天底回来以防止接纳器饱满。

因而,关于每个时刻的六个带通滤波器中的每一个,核算接纳时的各个能量奉献。4号子带的成果如图6所示,其间来自不同不需求的能量奉献的能量水平显现为抵达时刻(TOA)的函数。

图6绿色曲线表明时变DBF后第二个Tx波形的无用能量奉献。橙色和赤色的曲线显现了飞机另一侧的能量。

如收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程图6所示,信号能量存在于TOAs28.8us至35.0us之间。关于其他TOAs,在该子带中没有预期的信号回波,因而信号输出能够数字地设置为零。很明显,几乎在一切TOAs中,第二波形被按捺34dB或更多。由于该值是天线的交叉耦合(35dB)的次序,因而模仿成果标明有满足的按捺。值得注意的是,能量水平在30.0s和30.8s之间跳动是由于需求按捺最低点回波。

在该时刻距离中,来自榜首Tx信号的最低点方向存在激烈的不需求的回声。经过LCMV波束构成器在天线方向图中自适应地放置零点来按捺该回声。由于该零位的放置,天线图画略微变形而且导致上述能量跳动。在假定均匀场景的模仿中,来自飞机另一侧的回波信号被充沛按捺。

在最近的研讨中,作者发现经过[10]中提出的旁瓣束缚DBF技能能够完成更好的波形按捺。这种办法不是运用LCMV波束构成器,而是运用自适应战略来到达组成办法的旁瓣的某个阈值。这样能够操控完好的天线方向图,一起防止图6中的30.0us和30.8us之间的能量跳动。经过旁瓣束缚DBF技能取得的成果将鄙人一步的论文中出现。

总结与展望

正交波形波束构成技能是一种用于未来星载使命的有远景的技能,由于它答应在较大的条带进步行全收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程极化SAR丈量,而不会下降方位角分辨率,或许将数据速率下降两倍。该技能运用信号的正交性质,以便一起发送和接纳两个极化。极化之间的正交性经过运用SSC波形结合时刻DBF的高程来完成。

为DBSAR-2传感器指定了正交波形波束成构成像办法。运用DBSAR-2参数的功能模仿显现收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程在整个扫描带上对信号正交重量的充沛按捺。该技能很快将在消声室中与DBSAR-2进行测验,之后将在飞翔活动中进行测验。成果将成为未来太空使命中施行该技能的又一里程碑。

这项作业是美国国家航空航天局(NASA)与德国航空航天中心(DLR)关于数字波束成形组成孔径雷达(CoSAR)协同尽力的刘泓君一部分。

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参考文献

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[7] T. Rommel, "Dem朱泳婷onstration of simultaneous quad-polarization SAR imaging for extended targets in MIMO-SAR “, Proceedings German Microwave Conference收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程 (GeMiC), pp. 381-384, 2016.

[8] R. Rincon, "Development of NASA'S Next Gener教父1ation L-Band Digital Beamforming Synthetic Aperture Radar (DBSAR-2) “, Proceedings 11th European Conference on Synthetic Aperture Radar (EUSARchinese帅哥), pp. 1-4, 6-9 June 2016.

[9] H. L. Van Trees,"Optimum Array收音机,下一代机载L波段MIMO-SAR成像办法-全国奖学金发布信息,各校奖学金分配,获取奖学金必备生长进程 Processing “, ISBN: 978-0471463832: John Wiley & Sons, 2004

[10] F. Q. de Almeida, "Multichannel Staggered SAR: System Concepts with Reflector and Planar Antennas “, IEEE Transactions on Aerospace and Elect华为materonic Systems, accepted for publication, 2018.

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