真实孔径的侧视雷达技术

真实孔径侧视雷达的工作原理如图9-1所示。此时，天线装在飞机或卫星的侧面，雷达发射天线向平台行进方向（方位方向）的侧向（距离方向）发射一束宽度很窄的脉冲波束，然后接收目标地物反射回来的后向散射波，进而从接收的信号中获取地表的图像。由于地面各点到平台的距离不同，地物后向反射信号被天线接收的时间也不同，依它们到达接收天线的先后顺序记录。距离近者先记录，距离远者后记录，这样根据后向反射电磁波返回的时间排列就可以实现距离方向扫描。通过平台的前进，扫描面在地面上移动，进而实现方位方向上的扫描。

图9-1　真实孔径雷达的工作原理

真实孔径雷达在距离方向和方位方向的地面分辨率是不同的。距离分辨率（记为ΔR）是在距离方向上能分辨的最小目标的尺寸。它可表示为

式中：τ为脉冲宽度（μs）；c为光速；θ为雷达波的侧视角，也称俯角，如图9-2所示。这就是说，俯角越大，ΔR数值就越大，距离分辨率就越低。

图9-2　距离分辨率

从上述公式还可以看出：脉冲的持续时间（脉冲宽度）越短，距离分辨率越高。若要提高距离分辨率，需减小脉冲宽度。但脉冲宽度过小会使雷达发射功率下降，回波信号的信噪比降低。由于两者矛盾，距离分辨率难以提高。为了解决这一矛盾，一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。

脉冲压缩技术是指利用线性调频调制技术将较宽的脉冲调制成振幅较大、宽度较窄的脉冲技术。如图9-3所示，若原脉冲的宽度为τ、振幅为A0，经线性调频调制后，将它用天线发射并接收目标后向散射的电磁波，对接收的信号用与发射时具有相反频率特性的匹配滤波器处理后，就相当于用较窄脉冲宽度的发射电磁波得到了振幅是原来倍，脉冲宽度为原来倍的输出波形。这种提高距离分辨率的方法，目前在合成孔径雷达中广泛应用。

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图9-3　脉冲压缩原理

方位分辨率ΔL是在方位方向上能分辨的最小目标的尺寸。它可表示为

式中：β为波瓣角；D为雷达天线的孔径；R为雷达天线到地面目标的距离。波瓣角如图9-4所示。一般来说，雷达发射的微波向四面八方辐射，呈花瓣状，称波瓣。同时会以一个方向为主，称为主瓣，其他方向辐射较小，形成副瓣（图9-4）。要使雷达的方向性精确就尽量使波瓣角β最小。而波瓣角β与雷达发射的微波波长λ成正比，与雷达的天线孔径D成反比。因此，微波波长λ越短，雷达天线孔径D越大、距离目标越近，则方位分辨力就越高。

图9-4　雷达的波瓣角

这种以实际孔径天线进行工作的侧视雷达，称为真实孔径侧视雷达。要提高这种雷达的方位分辨力，就只能加大天线孔径、缩短探测距离和减小工作波长。但直接实现这些要求在技术上有一定的困难。例如，如图9-5所示，要想提高方位分辨力10倍，在保持波长、距离不变的情况下，天线的孔径就要增大10倍，由5 m变为50 m。这么长的天线，无论对机载或者星载，都是累赘。

图9-5　真实孔径雷达的方位分辨力与孔径、波长、距离的关系

为了解决上述问题，除了采用脉冲压缩技术，以缩短发射波长外，还有一种办法，就是使用合成孔径雷达代替真实孔径雷达。