[发明专利]一种机载SAR条带工作模式自适应系统及观测区域判定方法

权利要求书

1.一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，包括三坐标雷达(1)、接收接收天线(2)、SAR雷达接收机(3)、电控调整机构(4)、下位机(5)、馈电系统(6)、电源(7)、定位模块(8)，其特征在于所述接收天线(2)包括反射面(9)、天线座(10)、背架(11)，所述调整机构(4)包括方位角调整机构(12)和俯仰角调整机构(13)，并与所述馈电系统(6)连接，所述背架(11)与反射面(9)背部贴合并连接固定，且与俯仰角调整机构(13)活动连接，并安置有电子角度仪(14)，可以检测背架(11)与水平基准面的夹角，所述天线座(10)与方位角调整机构(12)活动连接，并且安置有汇流环(15)，所述下位机(5)根据三坐标雷达(1)获取SAR机载平台的高度信息、速度信息、方向信息，计算SAR过顶本区域的时间，并根据过顶时间计算地面接收机接收天线的初始方位向角度参数φ和俯仰向角度参数所述天线座(10)上安置有电子角度仪(16)，可以检测天线座(10)在稳态时与垂直基本面的夹角，所述定位模块(8)安置在三坐标雷达(1)和SAR雷达接收设备(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，其特征在于所述SAR雷达接收设备(2)包括接收设备保护器(17)、低噪声高频放大器(18)、混频器(19)、本机振荡器(20)、中频放大器(21)、检波器(22)和视频放大器(23)、接收设备保护器(24)，通过接收接收天线(1)采集到的高频信号，经过低噪声高频放大器(18)后再送到混频器(19)，混频器(19)与本机振荡器(20)产生的等幅高频电压混频，将信号频率降为中频(IF),并传至中频放大器(20)对中频脉冲信号进行放大和匹配滤波，以获得最大的输出信噪比，最后经过检波器(22)和视频放大器(23)视频放大后送至下位机(5)。

3.根据权利要求1所述的一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，其特征在于所述下位机(5)和馈电系统(6)之间安置有待机自动开关(25)，可以由轨道计算数据在下位机(5)内转为待机自动开关(25)的控制信号，可以控制待机自动开关(25)转化工作地面接收设备的工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，其特征在于所述背架(11)与反射面(9)为卡接或栓接，能够实现反射面(9)从背架(11)上的快速拆装。

5.根据权利要求1所述的一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，其特征在于所述方位角调整机构(12)由方位座(26)、固定板(27)、圆柱大齿轮(28)、圆柱小齿轮(29)、执行机构(30)、拉紧螺栓组件(31)及滑块(32)组成，所述圆柱大齿轮(28)固定在方位座(26)上，通过拉紧螺栓组件(31)与固定板槽内的滑块(32)锁紧固定，圆柱小齿轮(29)固定安装在固定板(27)上并与圆柱大齿轮(28)相齿合，圆柱小齿轮(29)下部与执行机构(30)相连，由执行机构(30)带动圆柱小齿轮(29)转动，再通过齿合联动带动圆柱大齿轮(28)及方位座(26)按照预设角度转动。

6.根据权利要求1所述的一种机载SAR聚束工作模式自适应系统，其特征在于所述俯仰角调节机构(13)由上支撑耳(33)、下支撑耳(34)、执行机构(30)，所述执行机构(30)的上部通过上支撑耳(33)与背架(11)铰接，下部通过下支撑耳(34)与天线座(10)铰接，通过执行机构(30)的伸缩，调整俯仰角大小。

7.一种用于上述机载SAR条带工作模式自适应系统的观测区域判定方法，通过检测系统接收到的机载SAR信号特征值，来判断机载SAR是否开机，且是否处于条带工作模式，并判定观测区域，包括以下实施步骤：

步骤1：将三坐标雷达(1)和SAR雷达接收机(3)的经纬度信息输入上位机(5)；

步骤2：通过三坐标雷达(1)对空域进行观测，如果发现有来向机载平台，则将采集到的高度信息、速度信息、方向信息传递给上位机(5)；

步骤3：通过上位机(5)计算得到某时刻SAR机载平台的位置h，SAR机载平台相对于自适应系统的俯仰角参数θ和方位角参数φ，SAR机载平台最大临空观测时间窗口[t₀，t_g]；；

步骤4：将机载平台相对于自适应系统的俯仰角参数θ和方位角参数φ输入下位机(6)并转换为电控信号传输给电控调整机构(3)，使天线指向临空机载SAR；

步骤5：判断自适应系统是否采集到信号，如果没有采集到信号，转至步骤2；如果采集到信号，转至步骤6；

步骤6：判断采集到的信号是否为线性调频信号，如果不是线性调频信号，转至步骤2；如果是线性调频信号，转至步骤7；

步骤7：设定开机脉冲带宽判断阈值δ_τ1，信号带宽开机判断阈值δ_B1；

步骤7.1：判断采集的脉冲宽度τ是否满足开机脉冲带宽判断阈值δ_τ1设定，即满足式(1)，

τ≥δ_τ1 (1)

步骤7.2：判断采集的信号带宽B与信号带宽开机判断阈值设定，即满足式(2)，

B≥δ_B1 (2)

如果式(1)、(2)都成立则转至步骤8，否则转至步骤2；

步骤8：设P_rmax为采集到的瞬时最大信号强度，P_rmin为接收机灵敏度；

步骤8.1：如果自适应系统在SAR机载平台最大临空观测时间窗口[t₀，t_g]内采集到的瞬时最大信号强度P_rmax满足式(3)：

P_rmax＜P_rmin+30(dBmiW) (3)

则认为，临空机载SAR的主瓣未曾到达过自适应系统所在地面区域，转至步骤2；

步骤8.2：如果自适应系统在SAR机载平台最大临空观测时间窗口[t₀，t_g]内采集到的瞬时最大信号强度P_rmax满足式(4)：

P_rmax≥P_rmin+30(dBmiW) (4)

则认为，临空机载SAR的主瓣到达了自适应系统所在地面区域，转至步骤9；

步骤9：设定机载SAR工作模式判断条件，条带工作模式信号带宽判断阈值δ_B2，条带工作模式脉冲宽度判断阈值δ_τ2；

步骤9.1：判断瞬时信号强度P_r与接收机灵敏度P_rmin是否满足式(5)，且是否有明显的由小变大，再由大变小的变化过程，

P_r＞P_rmin+30(dBmiW) (5)

步骤9.2：判断采集的脉冲宽度τ是否满足条带工作模式脉冲宽度判断阈值δ_τ2，即满足式(6)：

τ＞δ_τ2 (6)

步骤9.3：判断采集带宽B是否满足条带工作模式信号带宽δ_B2，即满足式(7)：

B＞δ_B2 (7)

如果式(5)-(7)都成立，且信号重复周期、脉冲宽度和信号带宽无明显变化则判定处于条带工作模式转至步骤10，否则转至步骤2；

步骤10：对条带工作模式的视角进行判定，根据下位机(5)得到临空SAR机载平台的高度信息口，机载平台所处的位置A(x_A，y_A，z_A)，机载平台的地面轨迹点B(x_B，y_B，z_B)，地面接收设备所处的位置C(x_C，y_C，z_C)，机载平台天线指向在地面的位置D(x_D，y_D，z_D)，AC为地面接收设备到机载平台的斜距，AD为SAR天线主波束中心的指向，BC为斜距在地面的投影长度，BD为波束在地面的投影长度；

步骤10.1：根据以上参数求解φ和φ′，φ为BD与BC的夹角，φ′机载平台相对地面接收机的方位角(以卫星前进方向为0°，向右旋转为正的一个方位角度)，则φ和φ′满足式(10)，

步骤10.2：求解为AC与AD的夹角，根据式(11)计算一个平面内角方向的天线增益

式中，G(0)为天线主瓣增益，天线方向图，且为偏离天线主瓣最大值的角度根据式(10)可得，且的最小值满足式(11)，

步骤10.3求解θ，则θ为SAR雷达视角，根据式(12)可得，

步骤11计算测绘带W，距离向波束宽度为Δθ，根据式(13)、(14)可求得可求得φ₁与φ₂，则根据式(15)可以求得测绘带W，

φ₁＝arcsin[sin(θ+Δθ/2)(R_e+h)/R_e]-θ-Δθ/2 (13)

φ₂＝arcsin[sin(θ-Δθ/2)(R_e+h)/R_e]-θ+Δθ/2 (14)

W＝R_e(φ₁-φ₂) (15)

输出观测区域W，并转回步骤2。