表面下成像雷达制造技术

可通过使用衍射受限ＳＡＲ来概括本发明专利技术，该衍射受限ＳＡＲ给出使来自地下目标的能量在不同深度独立聚焦以能够进行３Ｄ成像的大积累角和短景深。根据本发明专利技术的雷达装置应通过考虑以下参数来实现：适当的照射几何即仰角θ的选择；适当使用低频衍射受限的ＳＡＲ处理以获得３Ｄ成像；以及适当的低雷达频率的选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括发射单元和接收单元的表面下成像雷达装置，其中该发射单元被布置成与选择的地面区域呈选择的仰角e向选择的地面区 域以波瓣发射第 一无线电波信号。本专利技术还涉及一种用于表面下成像雷达 装置的方法。
技术介绍
在许多目前战争的干旱及开阔区域，掩盖目标是司空见惯的军事策 略。根本原因是这经常是隐藏它们的唯一方法并且在例如沙质地带简单易行。这些目标可以是地雷、隐藏的武器或地iiA掩体。因此，对于检测这 些类型的纟皮掩盖目标的有效方法有强烈需求。被掩盖目标检测的环境以及目的是变化的。与高检测概率相联系的监 控能力也是普遍所关心的。例如当军用交通工具沿着马路在途中以某合理 的速度行进时，其必须具有检测可能伤害它的地雷的可能性。相反，在签 订和平条约之后，对需要找到所有地雷并^f吏其无效的有效除雷有非常强烈 的需求。这些地雷可以分布在较大区域，并且不总是以容易控制的方式分 布。在这种情况下虽然监控任务经常很大使得监控能力必须大，但是并没 有实时要求。经常将寻找隐藏的武器限定在某些区域并且可能没有立即的 实时需求。然而，可能有在一定的期限内获得结果的强烈压力，因此在这 种情况下监控能力也是所关心的。新出现的应用领域是将以前的军事库房及训练场恢复为民用土地用 途。这些区域可能被未爆炸武器及有害废物严重污染。经过如在东欧的剧 烈的组织变化，可能已经忘记了废物堆积物的位置。当监控需求大时，使用手持地雷检测装置效率低下。另外基于静磁或 静电效应(从而测量地面的磁导率或介电常数)的自移动检测装置具有低 监控能力。其原因是静止场在短距离衰减，在检测过程中要求小心緩慢的 移动。相反，雷达基于电磁辐射。由于电磁辐射的距离衰减小于静电场的 距离衰减，对于大范围覆盖的表面下目标检测，看起来雷达是优选的原理。表面下目标可能很小，并且其信号可能很弱。因此，检测装置必须感测地面的仅一小部分，在该部分地面的干扰由于存在目标相对明显。因此， 在较大的监控距离的雷达操作的问M如何获得足够的分辨率，分离出地面的小体积(small volume )。合成孑L径雷达(synthetic aperture radar, SAR)的原理是获得地表面的高二维分辨率的已知方法。从地面以及从空中可使用合成孔径雷达(SAR)。机载SAR产生与飞行 的飞行器路径垂直的二维图像。将该图像中的一维称作距离(或跨轨迹 (cross track))且是从雷达到目标的船巨(light of sight)的测量。 与大多数其它雷达一样在合成孔径雷达中以同样的方式获得距离测量及 分辨率通过精确测量从脉冲发射到收到目标的回波的时间来确定距离， 在最简单的SAR中，通it4C射的脉冲宽度来确定距离分辨率，即窄脉冲产 生高距离分辨率。将另一维称作方位向(或沿轨迹(along track)),方位向与地表面 上的距离垂直。SAR具有产生相对高的方位向分辨率的能力，这使它区别 于其它雷达。为获得高方位向分辨率，需要物理上大的天线来将发射和接 收的能量聚焦到锐波束(sharp beam)中。该波束的锐度(sharpness) 定义了方位向分辨率。相似地，如望远镜的光学系统需要大孔径(与雷达 天线类似的镜或透镜)来获得高图4象分辨率。由于SAR在频率上比光学系 统低的多，所以即使中等的SAR分辨率所需的天线物理上也比实际中机载 平台所能携带的天线大经常需要几百米长的天线长度。然而，当机载雷 达飞过这个距离时可收集数据并且然后能就象该数据来自物理上长的天 线一样处理数据。在合成该天线时该飞行器飞过的距离称为合成孔径。由 相对长的合成孔径产生窄的合成波束宽度，这提供比由较小的物理天线可 能产生的分辨率高的分辨率。虽然这部分试图提供对SAR的直观理解，但是SAR并不如上所述那么 简单。即使是对于中等的方位向分辨率，到合成孔径上的Hi置的目标距 离沿着合成孔径变化。在SAR中在成像前由该目标所^^射的能量必须"在 数学上聚焦，，以补偿在该孔径上的距离依赖性(range d印endence)。当 孔径大时，该SAR能提供与雷达波长接近的分辨率，这提供了灵敏聚焦， 如果不能适当聚焦，目标就会在SAR图4象中消失。然而，由于电磁能量不能充分透入地面，而是在表面净iL^射，所以已 知SAR不能用于地下检测。因此，仍然需要可用于地下成像的改进雷达。
技术实现思路
本专利技术涉及一种包括发射单元和接收单元的表面下成像雷达装置。该 发射单元被布置成以接近于选择的地面区域的水平面的选择的仰角(elevation angle) 0向选择的地面区域以波瓣发射第一无线波信号，使 得以表面波模式捕获相对于地面的垂直极化信号的相当大部分的能量，该 信号能量通过折射i^地面区域而被连续分接(tap)。在这里，所述地面 区域非常小使得地球曲率可以忽略，这样所述地面区域可近似为水平面。因为已经证明当第一信号能量的至少10%折射入地面区域时，才艮据 本专利技术的雷达装置运行良好，所以如果第一信号能量的至少10%折射入 地面区域是有利的。作为例子，实验已经示出具有相对于地面区域的倾斜 角9=1的根据本专利技术的雷达装置具有第一信号的25%的^地面的能量 折射。最优角e是所谓的布鲁斯特角，后面将进一步对其进行解释。根据以上所述，所述雷达装置不限于布鲁斯特角，而是在包括布鲁斯特角的范围 内可用。然而，在布鲁斯特角，第一信号中的100%的能量折射入地面。所i^射单元被布置成发射第一信号作为相对于地面的极化信号，使 得该第一信号的大部分能量折射入地面。所i^射单元4皮布置成发射第一 信号，该信号波长大于表面之上的选择的目标的尺寸，但是对于检测表面 下选择的目标来说又足够短。发射单元被布置成发射第一信号，该信号具 有大于第一信号的中心频率的10%的高部分带宽(fractional bandwidth)以获得高距离分辨率。所述雷达装置是波长分辨率受限的合 成孔径雷达，该合成孔径雷达具有与第一信号的波长接近或相等的方位向 分辨率，以获得高方位向分辨率。在本专利技术的一个实施例中，当第一信号的中心频率大于200Mhz时， 所述带宽大于该中心频率的10%,以获得高距离分辨率。在本专利技术的另一实施例中，当第一信号的中心频率在50Mhz与200Mhz 之间时，所述带宽大于该中心频率的25%，以获得高距离分辨率。所述接收单元被布置成接收作为来自选择的地面区域的被反射的笫 一信号的第二信号。优选地，该雷达装置为合成孔径雷达，即SAR,但是与现有技术的区 别在于根据本专利技术的SAR是波长分辨率受限的合成孔径雷达，以获得在地表面以下的不同的电介质深度(dielectricdepth)的不同的图4象，给 出地面区域的三维成像。根据本专利技术的SAR在波长限制，即衍射限制下工 作。在SE 456117、 SE 468184以及SE 511952所描述的所谓的CARABAS 装置及方法中已经公开了对于最佳方位向分辨率，即接近第一信号的波长 的衍射受限SAR的技术。这些文献教导了如果雷达装置以接近波长的方位 向分辨率工作，能实现可用于三维成像的短景深(depth of field )。与 所主张的特征一起使用的该方法提供了期望的表面下成像。根据本专利技术的SAR不使用水平极化信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面下成像雷达装置，包括发射单元（９）和接收单元，所述发射单元被布置成以接近选择的地面区域（４）的水平面的选择的仰角θ（θ）向选择的地面区域（４）以波瓣（３，１０）发射第一无线电波信号，使得相对于地面的垂直极化信号中的相当大部分的能量被折射进入地面区域（４）连续分接，其中所述发射单元被布置成发射第一信号作为相对于地面的被极化的信号，使得第一信号的相当大部分的能量折射入地面区域，其中所述发射单元被布置成发射第一信号，该第一信号的波长比在地面区域（４）的表面（６）之上的选择目标的尺寸长，而又足够短以检测表面下的选择的目标（５），其中所述发射单元被布置成发射第一信号，该第一信号具有大于第一信号中心频率的１０％的带宽以获得高距离分辨率，其中所述雷达装置是具有与第一信号的波长接近或相等的方位向分辨率的波长分辨率受限的合成孔径雷达，以获得高方位向分辨率，所述接收单元被布置成接收作为来自选择的地面区域的反射的第一信号的第二信号（１１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯赫尔斯滕穆特博，
申请(专利权)人：SAAB公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]