子孔径雷达高度计制造技术

本实用新型专利技术公开了一种子孔径雷达高度计，包括定时单元、调频信号生成单元、上变频放大单元、功放单元、天线、低噪声放大单元、下变频放大单元、相位检波单元、数字处理单元、回波跟踪单元、第一混频器、第二混频器和去斜本振，所述的数字处理单元完成信号的傅立叶变换、精距离调整、压缩处理、粗距离徙动校正和回波视平均处理，得到回波的波形；所述的回波跟踪单元完成高度、回波强度和粗糙度参量的估计运算，并根据估计结果对下变频放大单元、数字处理单元和定时单元做控制操作。本实用新型专利技术与延时多普勒高度计相比，改善了方位压缩的准确性，有利于提高发射功率利用效率；改善了回波平均的有效性，有利于提高高度计的测量精度。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高度计，特别涉及一种子孔径雷达高度计。
技术介绍
雷达高度计是一种搭载于飞机、卫星等飞行器上的测高雷达，可用来测量雷达至目标面的平均高度、目标起伏特性及后向散射系数等参量。星载雷达高度计自20世纪70年代面世以来，就以其独特的优势在海洋、海冰、陆冰等观测领域发挥着重要作用。星载雷达高度计在海洋动力环境测量中扮演重要角色，可以测量大地水准面的起伏和重力异常、反演地球深层结构、探测大尺度洋流和中尺度涡流、跟踪海洋动力学现象的强弱变化和位置迁移、精确地测量两极覆盖冰量的变化、反演出海洋表面浪高、测量海面风速等等。目前在海洋动力环境探测方面，雷达高度计具有其他仪器不可替代的作用，对国民经济和国防建设都发挥重要的作用。但传统星载脉冲有限体制的雷达高度计功率利用效率很低，因此一般体积和重量都比较大，功耗一般都在100W左右，所以一般都采用大卫星平台。为提高功率利用效率，人们提出了将传统高度计技术和孔径合成技术相结合的思路，从而开始了新一代雷达高度计体制的研制工作，延时多普勒高度计(Delay Doppler Altimeter，简称DDA)就是这样一种正在研制的新型雷达高度计，它可以将传统高度计发射信号的峰值功率降低10dB，同时提高了沿航迹方向上的空间分辨率。但DDA在孔径合成方式上采用简单的非聚焦多普勒锐化孔径合成和视配准方法，这在很大程度上制约了功率利用效率和测量精度进一步提高。子孔径雷达高度计(Sub-apertureAltimeter，简称SAA)则采取不同的设计思路，即通过非聚焦孔径合成和粗视配准的实时处理模式与聚焦子孔径合成和精视配准的后处理模式相结合，其功率利用效率和测量精度从机理上完全优于DDA，而且基本不增加高度计硬件系统实现的复杂度，是非常有前途的一种新型雷达高度计，对于高度计实现小型化具有非常重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的是克服延时多普勒高度计在孔径合成方式上采用简单的非聚焦多普勒锐化孔径合成和视配准方法，制约了功率利用效率和测量精度进一步提高的缺陷，从而提供一种功率利用效率以及测量精度都较高的子孔径雷达高度计。为了实现上述目的，本技术提供了一种子孔径雷达高度计，如图1，包括定时单元1、调频信号生成单元2、上变频放大单元3、功放单元4、天线5、低噪声放大单元6、下变频放大单元7、相位检波单元8、数字处理单元9、回波跟踪单元10、第一混频器11、第二混频器12和去斜本振13；所述的定时单元1与所述调频信号生成单元2的输入端电连接，所述调频信号生成单元2的输出端连接上变频放大单元3的输入端，上变频放大单元3有两个输出端，一个与功放单元4的输入端连接，另一个和去斜本振13共同接入第一混频器11中，功放单元4的输出端连接到雷达的天线5上，天线5还与低噪声放大单元6相连，低噪声放大单元的输出端6与第一混频器11的输出共同接入第二混频器12中，第二混频器12的输出连接到下变频放大单元7的输入端，下变频放大单元7的输出端连接到相位检波单元8的输入端，相位检波单元8的输出端则与数字单元9的输入端连接，数字单元9与回波跟踪单元10连接，回波跟踪单元10的输出端分别与定时单元1、下变频放大单元7和数字处理单元9的输入端连接，所述的数字处理单元9完成信号的傅立叶变换、精距离调整、压缩处理、粗距离徙动校正和回波视平均处理，得到回波的波形；所述的回波跟踪单元10完成高度、回波强度和粗糙度参量的估计运算，并根据估计结果对下变频放大单元7、数字处理单元9和定时单元1做控制操作。上述技术方案中，所述的定时单元1提供高精度的定时脉冲信号，并产生用于触发调频信号生成单元2使之产生调频信号的发射信号Tx和接收触发信号Rx，所述定时单元1由高速定时电路实现其功能。上述技术方案中，所述的调频信号生成单元2在定时单元1发出的发射信号Tx或接收触发信号Rx的作用下，生成调频信号，所生成的调频信号输出到上变频放大单元3中；所述的调频信号生成单元2由DDS器件实现。上述技术方案中，所述的上变频放大单元3将基带调频信号进行倍频放大后调制到载频段并放大，以满足功放单元4对输入信号强度的要求，所述上变频放大单元3将由发射信号Tx触发的调频信号倍频上变频放大后输出到功放单元4，将由接收触发信号Rx触发的调频信号倍频上变频放大后输出到第一混频器11的输入端，与去斜本振13的输出信号进行混频所述上变频放大单元3由倍频电路、放大器和混频器实现。上述技术方案中，所述的天线5将信号由电流形式转换为电磁波形式以进行定向空间传播，并接收回波信号，所述天线5对信号的发送与接收在不同的时间段内实现；所述天线5可采用抛物线天线。上述技术方案中，所述的第二混频器12接收低噪放大单元6的输出信号以及第一混频器11的输出信号，并对两种信号进行混频处理，将回波信号解调到中频和实现去斜处理。上述技术方案中，所述的相位检波单元8对去斜后的基带信号进行相位检波，提取信号的一对正交分量；所述的相位检波单元8由信号正交电路、混频器和低通滤波放大器实现。上述技术方案中，所述的数字处理单元9首先对信号做模数转换，接着对信号做傅立叶变换和精距离调整，然后利用子孔径非聚焦合成和视图粗配准的方式，得到完整的去斜回波数据，最后将信号的模量平方，得到回波的波形。所述的利用子孔径非聚焦合成和视图粗配准方式的具体实现方法为通过多普勒锐化处理实现方位向的非聚焦合成，然后通过对视图做直接叠加平均实现视图的粗距离配准；在做直接叠加平均前，降低距离分辨率，加宽接收窗口，以消除或减轻距离徙动对视图直接叠加平均造成的影响；在做叠加平均处理时，对各视图进行直接叠加平均或对各视进行少量的距离徙动校正处理后再进行叠加平均处理。上述技术方案中，所述的回波跟踪单元10在估算高度、回波强度和粗糙度参量时是将数字处理单元9所得到的一组处理后的平均回波功率样本分别代入平均回波功率公式和最大似然跟踪算法确定的方程式，根据待估计参量的数量和回波特征选择足够数量的样本形成一个可解的方程组，做方程组求解得到待求参量的估计值；所述回波跟踪单元10的估计结果包括去斜信号触发时间、信号处理时域旋转因子和自动增益控制值，所述的去斜信号触发时间送入定时单元1，所述的信号处理时域旋转因子送入数字处理单元9，所述的自动增益控制值送入下变频放大单元7。本技术的优点在于1、本技术的子孔径雷达高度计采取聚焦子孔径合成的方式，与延时多普勒高度计所采用的非聚焦合成方式相比，改善了方位压缩的准确性，有利于提高发射功率利用效率。2、本技术地子孔径雷达高度计采取的配准精度高于延时多普勒高度计，改善了回波平均的有效性，有利于提高高度计的测量精度。附图说明图1为本技术的子孔径雷达高度计的结构图；图2为子孔径雷达高度计的工作模式的示意图；图3a为传统高度计等效足迹分布的示意图；图3b为本技术的子孔径雷达高度计在视配准前等效足迹分布的示意图；图3c为本技术的子孔径雷达高度计在视配准后等效足迹分布的示意图；图4为本技术的子孔径雷达高度计在视配准前的几何观测示意图；图5为零多普勒频率下附近多普勒条带的平坦海面回波。图面说明1 定时单元2 调频信号生成单元 3 上变频放大单元4 功放单元5 天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子孔径雷达高度计，包括定时单元（１）、调频信号生成单元（２）、上变频放大单元（３）、功放单元（４）、天线（５）、低噪声放大单元（６）、下变频放大单元（７）、相位检波单元（８）、数字处理单元（９）、回波跟踪单元（１０）、第一混频器（１１）、第二混频器（１２）和去斜本振（１３）；所述的定时单元（１）与所述调频信号生成单元（２）的输入端电连接，所述调频信号生成单元（２）的输出端电连接上变频放大单元（３）的输入端，上变频放大单元（３）有两个输出端，一个输出端与功放单元（４）的输入端电连接，另一个输出端和去斜本振（１３）共同接入第一混频器（１１）中，功放单元（４）的输出端电连接到雷达的天线（５）上，天线（５）还与低噪声放大单元（６）电连接，低噪声放大单元（６）的输出端与第一混频器（１１）的输出共同接入第二混频器（１２）中，第二混频器（１２）的输出端电连接下变频放大单元（７）的输入端，下变频放大单元（７）的输出端电连接相位检波单元（８）的输入端，相位检波单元（８）的输出端则与数字单元（９）的输入端连接，数字单元（９）与回波跟踪单元（１０）电连接，回波跟踪单元（１０）的输出端分别与定时单元（１）、相位检波单元（８）和数字处理单元（９）的输入端电连接，其特征在于，所述的数字处理单元（９）由数字信号处理器实现的；所述的回波跟踪单元（１０）由数字信号处理器及数字控制电路和模拟控制电路实现。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王志森，许可，杨双宝，刘和光，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]