要得到场景的纵向和横向二维平面图像,则同时需要距离和方位二维高分辨 [1] 能力,这一章主要讨论方位高分辨。
雷达本质上是一种基于距离测量的探测设备,容易获得高的距离分辨率,而方位分辨率是比较差的。传统实孔径雷达的方位分辨率取决于雷达天线的波束宽度,一般地基雷达的波束宽度为零点几度到几度,以窄一些的波束为例,设天线波束宽度等于0.01rad(约0.57°),它在距离为50km处的横向分辨率约为500m,显然远远不能满足场景成像的要求,需要大大提高方位分辨率,即需将波束宽度做大的压缩。
天线波束宽度与其孔径长度成反比,如果要将上述横向分辨单元缩短到5m,则天线横向孔径应加长100倍,即几百米长。这样长的天线,特别要装在运动载体(如飞机)上是不现实的,实际上对固定的场景可以用合成阵列来实现。
本章的内容做如下安排:3.1节主要介绍合成阵列的特点;3.2节对运动平台的合成孔径雷达的横向分辨率进行了讨论;由于波数域方法在合成孔径雷达里应用十分广泛,因此在3.3节对波数域方法做了较详细的讨论。
合成孔径雷达主要用运动平台雷达对地面场景实现二维成像,而合成孔径雷达也只具有径向(借助宽频带信号)和横向二维高分辨能力。但实际地面场景会有高程起伏,而雷达载体(如飞机)更是有较高的高度,所以合成孔径雷达是在三维空间里实现二维成像的,有许多实际问题需要解决和注意。
本章的任务是讨论用合成阵列获得高的横向分辨率,为了突出主题,避免过早涉及一些具体问题而影响对主题基本概念的理解,在本章里将讨论范围限于二维平面,不仅场景是理想平面,雷达载机的高度也暂不考虑,可认为雷达和目标位于同一平面中。
这当然与实际情况不符,但在对横向分辨的原理和方法建立了清晰概念后,从二维推广到三维是不困难的,这些工作将在第4章里进行。