[发明专利]一种基于步进频率合成孔径雷达的近距离RCS测量电子系统

说明书

该发明公开了一种基于步进频率合成孔径雷达的近距离RCS测量电子系统，涉及频率步进技术、SAR图像处理、FPGA数字信号处理。目标相对于雷达系统近距离测量是因为雷达的RCS近场成像方法相比于远场测量、紧缩场测量等传统方法，大大提高了获得的信息量，可获得更丰富的目标散射特征分布。针对于背景技术的不足，雷达系统采用步进频窄脉冲信号可以收发共用天线，距离盲区小，可测范围大，且避免了连续波体制的隔离问题。步进频率信号属于脉冲信号的一种。采用频率步进信号的雷达，通过使相参脉冲串中各个脉冲的载频跳变可以灵活获得任意频率的大带宽，对脉冲回波的IDFT处理获得距离高分辨率的效果；同时降低对数字信号处理瞬时带宽和接收端回波信号数字处理硬件的指标要求。

技术领域

本发明是一种基于步进频率合成孔径雷达的近距离RCS电子测量系统，涉及频率步进技术、SAR图像处理、FPGA数字信号处理。

背景技术

雷达散射截面积(Radar cross-section，RCS)是表征雷达目标对照射电磁波散射能力的一个复杂物理量，与目标的几何尺寸、入射电磁波的参数和目标相对于雷达的姿态角有关。近年来，随着科技的进步，隐身技术与反隐身技术的发展，RCS的测量也需要提出更有效和精确的方法。现有的雷达RCS测量方法主要包括理论计算和实际测量。前者通过电磁理论对目标RCS进行计算，但受限于复杂、符合材料的目标；因而，一般通过对目标的实际测量，获得目标的RCS特征数据，然后通过RCS反演算法得到待测目标的RCS测量值。通过合成孔径雷达成像进行RCS反演就是一种可行方法。

要通过合成孔径雷达成像来测量RCS，则要求雷达信号是宽带信号。宽带雷达信号主要分为连续波信号和脉冲信号。雷达如果发射连续波，就不能与脉冲式雷达一样采用电开关来控制天线的收发转换，所以必须将发射天线和接收天线隔离开。如果连续波雷达的隔离度不够，会大大降低雷达作用距离，严重时会造成接收通道饱和，从而使雷达系统无法工作。如果要提高连续波雷达的隔离度，就需要增大收发天线的距离，或者在收发天线间设计隔离罩，导致系统的接收性能变差和制造成本的增加。而如果采用宽带脉冲信号，雷达需要实时处理的数据率又非常大。

已有的基于合成孔径雷达的RCS测量系统对于目标反射的回波信号采用射频传输方式到后续信号处理部分，雷达系统结构如图1所示。回波信号在射频电缆传输过程中因为电缆物理特性损耗、复杂环境等原因会使相位产生不同程度的误差，测量精度会受影响。回波信号以射频方式传输不仅对系统信号处理部分的器件选型和指标要求较高，还增加了电缆的设计要求和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足之处。提出的一种基于步进频率合成孔径雷达的近距离RCS测量电子系统。目标相对于雷达系统近距离测量是因为雷达的RCS近场成像方法相比于远场测量、紧缩场测量等传统方法，大大提高了获得的信息量，可获得更丰富的目标散射特征分布。针对于背景技术的不足，雷达系统采用步进频窄脉冲信号可以收发共用天线，距离盲区小，可测范围大，且避免了连续波体制的隔离问题。步进频率信号属于脉冲信号的一种。采用频率步进信号的雷达，通过使相参脉冲串中各个脉冲的载频跳变可以灵活获得任意频率的大带宽，对脉冲回波的IDFT处理获得距离高分辨率的效果；同时降低对数字信号处理瞬时带宽和接收端回波信号数字处理硬件的指标要求。

相对于采用射频方式传输的RCS测量系统，本发明将雷达系统接收的回波信号传输方式从射频传输改进为数字基带传输，一方面降低了雷达系统的传输线缆的设计要求和成本、信号处理部分器件的指标；另一方面降低回波信号数据传输时的数据量，使数据传输通道从万兆网变为千兆网。

对雷达系统信号处理效率来说，本发明的3D RCS雷达系统结合现场可编程逻辑(即FPGA)技术，充分发挥FPGA并行处理，灵活编程的优势，提高系统的工作效率。在3D RCS系统开发环境上运行嵌入式系统，通过编程实现与PC端上的终端控制软件按照定制网络协议通信，对系统工作频率范围和带宽、系统的工作状态、天线和前端运动轨迹能进行实时设置，并对系统与外部设备的协议进行解析等功能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：