[发明专利]一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器

说明书

本发明涉及一种干涉式综合孔径成像用宽带模拟复相关器，包括宽带射频鉴相网络、宽带平方率检波电路、可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器电路；宽带射频鉴相网络由一个0°功分器、一个90°功分器、两个正交混合耦合器组成；宽带平方率检波电路对鉴相网络的输出进行平方率检波，检波后的低频信号会经过可数控调节输出信号增益与偏置的低频差分放大器的差分放大、偏置调节、增益调节最终即可得到宽带模拟复相关器两宽带输入信号之间的复相关值。本发明实现一种大带宽、高精度、高灵敏度、小体积、结构简单、低成本、可数控调节输出信号增益与偏置的宽带模拟复相关器，对干涉式综合孔径成像系统实现高精度复相关量的测量具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种用于干涉式综合孔径成像、采用射频鉴相网络和平方率检波器的宽带模拟复相关器，适用于干涉测量中两信号之间复相关量的测量。

背景技术

毫米波辐射成像具有全天时全天候的工作能力，可以提供红外光学探测器所不能提供的特殊信息，因而在遥感、军事、安防领域获得了广泛的应用。传统的毫米波辐射成像体制是实孔径扫描成像。然而，在这种体制下，提高图像分辨率只能通过增加天线的物理孔径来实现，这将限制辐射计在对载荷质量及尺寸有很高要求的机载及星载中的应用，而且由于大天线的惯性较大，其机械扫描也较为困难。为了解决机械扫描的问题，可以利用相控阵技术实现波束的电扫描，但其受制于较小的可用扫描角范围、高旁瓣、主波束展宽以及附加损耗等诸多因素。其它可用的实孔径天线技术如焦平面，则为了取得高分辨率而需要较高的费用。20世纪80年代末，干涉式综合孔径技术被应用到对地观测辐射成像系统，从而产生了干涉式综合孔径辐射成像体制，为提高微波辐射计的空间分辨率提供了一条有效途径。综合孔径辐射计通过对一组小孔径天线接收的信号进行干涉测量来实现大孔径天线的观测效果，其空间分辨率取决于天线单元间的最大距离，从而避免了使用大天线，降低了辐射计的体积和重量。

干涉式综合孔径成像仪使用一组小天线构成一个天线阵列，通过对天线阵列中任意两个天线接收到的信号进行复相关运算后，可以得到一组相关值。这组相关值被称为可视度函数。根据范西泰特-策尼克(Van Cittert-Zernike)定理，可视度与被观测视场中的亮温分布成傅里叶变换关系。因此，干涉式综合孔径成像仪的测量过程，主要是一组信号进行复相关运算的过程。为了达到较高的空间分辨率，实用的干涉式综合孔径成像仪的通道数量较多，系统复杂度较高。由于干涉式综合孔径成像仪需要对天线阵中所接收的任意两个信号进行复相关运算，因此，系统中包含的相关器数量与接收通道数量的平方成正比，二维干涉式综合孔径成像仪的相关器规模往往非常大。此外，干涉式综合孔径成像仪的测量灵敏度与接收信号带宽的平方根成反比，为了得到较高的成像灵敏度，干涉式综合孔径成像仪往往需要较大的相关器带宽。

干涉式综合孔径成像仪的最终性能指标不仅取决于单个复相关器的基本性能参数而且取决于各复相关器通道之间性能参数的一致性。因此，大带宽、高一致性、高性能的复相关系统的研制是干涉式综合孔径成像仪的一项关键技术，对系统性能有很大影响。本发明采用了宽带射频鉴相网络结合宽带平方率检波电路的结构来实现宽带模拟复相关器，该结构适合于需要大带宽，高灵敏度的成像应用场景，该方案结构简单、成本低廉，避开了传统模拟复相关器需要使用高成本宽带模拟乘法器的需求。此外，该发明所提出的宽带模拟复相关器结构由于使用了可数控调节输出增益与偏置的电路形式，可以较为方便的调节复相关器的输出特性，这对需要大量高一致性模拟复相关器的干涉式综合孔径成像系统而言非常有利。该复相关器的输入端口与输出端口分别位于复相关器的两侧，采用此种形式非常便于系统集成应用。