理论教育 多通道结构实现多发射/多接收/多波长

多通道结构实现多发射/多接收/多波长

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:图9-16为根据无人机技术要求模拟的四波长发射情况下的散斑对单口径填充情况,可见多波长发射可以有效地抑制散斑造成的信号接收空间波动,至少有一个波长的散斑采样正好处于峰值。假定发射机位于,相应接收机位于,目标位于,啁啾初始波长λm,0。同样采用式的推导方法,忽略常数项有相位历程为二次项,并且假定本振延时为2Z,则顺轨向的相位二次项历程为顺轨向成像用的共轭匹配滤波器的二次项函数为,则顺轨向聚焦均在δ位置。

多通道结构实现多发射/多接收/多波长

从上节分析,当接收天线口径小于散斑尺度时,光强大于平均光强和小于平均光强的概率均为50%。因此,采用M个间隔大于散斑平均周期的接收机,则信号的探测概率为

例如:P(1)=50%,P(2)=75%,P(3)=87.5%,P(4)=93.75%,因此,采用多个接收机能够有效提高探测概率,减弱激光散斑在接收面光强不均匀或者不连续造成的探测概率低的问题。同样,从激光散斑的波长变化特性研究和目标面反射散射场特性研究也可以看出当波长的变化产生足够大的散斑花样变化,或者目标散射场集中于分辨单元内时,则这些多波长发射或者这些多目标单元产生接收面散斑信号探测概率同样可以用上式表达。

图9-15(a)给出了1个波长1个发射机4个接收机的总体设计方案,要求接收机的基本间距至少等于散斑周期。图9-15(b)给出了4个波长4个发射机1个接收机的总体设计方案,4个波长的选择要求产生完全不关联的激光散斑花样,由于1个接收机不能同时接收和处理4个不同的波长,因此必须在一个顺轨向采样周期内再分为4个子周期。图9-16为根据无人机技术要求模拟的四波长发射情况下的散斑对单口径填充情况,可见多波长发射可以有效地抑制散斑造成的信号接收空间波动,至少有一个波长的散斑采样正好处于峰值。

图9-15 散斑抑制的SAIL总体结构

(a)1个波长/1个发射机/4个接收机的SAIL总体结构;(b)4个波长/4个发射机/1个接收机的SAIL总体结构

图9-16 15 km距离10 cm分辨率,四波长发射单口径接收散斑模拟

为了清楚了解多通道结构的特性,这里先分析只有1个发射机和1个接收机的光轴分离的基本子通道系统,如图9-17所示。假定发射机位于(Xm,Ym),相应接收机位于(Xmn,Ymn),目标位于(Xk,Yk,Zk),啁啾初始波长λm,0。同样采用式(9-17)的推导方法,忽略常数项有相位历程为二次项,并且假定本振延时为2Z,则顺轨向的相位二次项历程为

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顺轨向成像用的共轭匹配滤波器的二次项函数为,则顺轨向聚焦均在δ(x-Xk)位置。

图9-17 光轴分离的一对发射机和接收机的基本子通道系统

整个系统采用啁啾激光发射,空间相位补偿光学天线,外差解斜解调,傅里叶变换交轨向聚焦成像,匹配滤波顺轨向聚焦成像,采用雷达方程并且结合上述相位历程分析,一个目标分辨单元最终可以得到数字信号表达的二维成像输出为

式中,m为发射机序号,mn为第m发射机控制的接收机序号,k为目标分辨单元序号,B(m,mn,k)为涉及发射和接收结构的常数,SR(ΔZ-ΔZk:m,mn,k)为交轨向的成像点的脉冲响应函数,其与相关的发射光束波形和外差接收方向性函数有关,SA(x-Xk:m,mn,k)为顺轨向成像点的脉冲响应函数。

采用非相干叠加可以得到图像输出为

例如,对于一发四收结构,发射机位于(0,0);4个接收机分别位于(L,L),(L,-L),(-L,L),(-L,-L),则有

式中,4个顺轨向成像用的共轭匹配滤波器二次项函数分别为exp[-j2π(x-L/2)2/(λ0Z)],exp[-j2π(x-L/2)2/(λ0Z)],exp[-j2π(x+L/2)2/(λ0R)],exp[-j2π(x+L/2)2/(λ0Z)]。

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