[发明专利]一种扫描波束高分辨率的雷达散射计

摘要

本发明提供一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，所述雷达散射计采用笔形波束圆锥扫描体制，其包括：天线单元、发射机单元、接收机单元、信号处理与控制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元；该天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，该发射机单元生成线性调频脉冲信号，发射该脉冲时对应一个观测方位角该接收机单元将接收到的该脉冲信号进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波处理，提取出回波信号，该数字处理与控制单元记录所述发射信号对应观测方位角根据该观测方位角大小，判断所述雷达散射计的天线指向的波束照射区域；即刈幅两侧或刈幅中间；从而确定采用多普勒波束锐化方法或者高采样重建方法，得到高分辨率的后向散射系数。

主权项

1.一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，其特征在于，所述雷达散射计采用笔形波束圆锥扫描体制并且实现全球宽刈幅覆盖和高分辨率观测，其包括：天线单元、发射机单元、接收机单元、数字处理与控制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元；所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描，所述发射机单元生成并发射线性调频脉冲信号，在发射该线性调频脉冲信号时，对应一个观测方位角所述接收机单元接收该脉冲信号并对其进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波的处理，提取出回波信号，数字处理与控制单元记录所述发射信号对应的观测方位角当所述观测方位角为刈幅两侧时，波束照射区域为多普勒波束锐化区域，在所述多普勒锐化处理单元，采用多普勒波束锐化方法，将去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调频，再进行距离向和方位向脉冲压缩，得到由多个分辨单元组成的二维的高分辨率的处理数据，从而得到高分辨后向散射系数；当所述观测方位角在刈幅中间时，所述波束照射区域为高采样重建区域，在所述高分辨处理单元中，采用高采样重建方法，测得条带回波功率，并计算条带后向散射系数，再根据反卷积法，得到高分辨后向散射系数；所述高采样重建方法进一步包括：(aa)由所述高分辨处理单元下传得到的地面反射的条带回波功率数据来计算条带后向散射系数，记为那么，所述条带后向散射系数用(7)式表示为：其中，Ps为散射计条带回波功率，X为定标因子；(bb)所述步骤(aa)中的条带后向散射系数实际为高分辨的后向散射系数的空间加权平均值，因此步骤(aa)中的条带后向散射系数进一步表示为(8)式：其中，代表地面坐标系，用来表征条带范围内高分辨散射点的位置，为位于处的散射计空间响应函数，在散射计发射前通过实验手段获得，为位于处的高分辨后向散射系数，A表示条带照射区域，n表征散射计测得的条带后向散射系数受到热噪声、仪器测量误差、数据处理误差影响引入的测量误差，该误差服从均值为零方差为的高斯分布，其中，K_p为归一化测量误差，且满足表示的方差，表示的均值；(cc)在反卷积子单元中，在刈幅中间区域，即高采样重建区域，沿着波束足印的运动轨迹，利用相同条带的多次重叠测量，增大采样频率，采用反卷积重建方法实现散射计方位向分辨率的提高；根据所述步骤(bb)给出的(8)式，采用反卷积方法对(8)式进行反卷积重建得到高分辨的σ0，所述过程等价为以下优化问题的求解：其中，为数值保真项，保证估计的σ⁰符合(8)式，Ψ(σ⁰)表示对σ⁰施加的约束条件，估计的σ⁰满足已知的或假设的先验信息，α为可调参数；α值越大，解越接近先验信息项；α值越小，解越接近于数值保真项；α为0，(8)式退化为最小二乘问题；(dd)在完成所述步骤(cc)后，所得的估计的σ0即为具有高分辨率的位于刈幅中间的后向散射系数。