SAR一般装备于飞机、轨道、卫星等载体之上,其中机载SAR是其中一种较为重要的应用方式。机载平台SAR一般可分为三大类:无人侦察机微型SAR、有人侦察机小型SAR和有人侦察机大型SAR。其中调频连续波体制SAR适用于装载于无人机。论文网
1.1调频连续波SAR研究的背景和意义
在现代战争模式下,对现代战争手段提出更高的要求,无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)应运而生。无人机能够代替飞行员深入作战前沿执行情报侦察、敌方战场监视等危险系数较高的作战任务。在20世纪90年代的四场局部战争中,采用了大量的装载红外、光电侦察设备的无人机,为实现高新技术条件下的“零伤亡”现代战争提供了有力的支撑。但由于光电侦察设备的应用受到气候和环境的限制,其实际是择“天时、地利”执行作战任务。据已公开的资料,比如在对朝鲜半岛的侦察监视行动中,装备光电侦察设备的无人机1年中只有255天可以执行任务,但所携带的光电侦察设备只有55天能正常工作;在巴尔干半岛1年中,无人侦察机的正常工作天数为242天、光电侦察设备能正常工作的天数为83天。而装载SAR的无人机可以实现全天时全天候的侦察任务。因此,无人机合成孔径雷达(UAV SAR)在现代战争乃至未来战争实现“无伤亡”战略任务中将会扮演举足轻重的角色。
由于上述新型作战任务的要求,在机载对地观测领域,装载于低空、轻型无人机的SAR受到广泛的关注。1990年,美国的洛拉尔防务系统公司率先研制出一种适合于无人机的合成孔径雷达,成为MSAR,工作于X波段,分辨率为1m,有效作用距离为10Km,平均发射功率为0.8W,测绘幅宽675m。1994年,意大利的赛勒尼亚公司推出工作在毫米波段SAR/GMTI系统,该雷达系统的工作模式有地面动目标检测模式和条带状成像模式,有效作用距离为20Km,雷达重量达60Kg,功耗500W。但随着无人机整机系统的小型化、轻型化和低功耗的要求提高,对装载于无人机的雷达整体性能有更高的要求。
受无人机有效载荷、功耗限制,它对所装载的雷达提出了成本低、功耗低、重量轻和体积小等较为苛刻的性能要求。SAR系统的小型化有利于减少对无人机平台的负荷和空间的需求,有利于增加载体的续航能力、灵活性和机动性。SAR系统的小型化就是在不影响基本成像功能和质量的前提下尽量减小SAR系统体积、质量和功耗,当前各国均在探索短程小型化SAR的可行性发展道路。SAR系统的小型化反过来也将大大地扩展SAR的应用范围。
传统的脉冲体制SAR由于其自身体制的原因,其系统构造一般较为复杂,并且造价昂贵,体积大,功耗高,这些特点也就限制了其小型化发展,也限制其装载在小型、轻型无人机的可能性。调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FM-CW)体制的雷达是在一个脉冲重复间隔内连续发射信号,信号的持续时间较长,信号的占空比为1。由于该体制的特殊性决定了调频连续波雷达发射时不需要对于调频连续波体制的雷达具有辐射功率小、重量小、体积轻和造价低等诸多优点,其可以方便安装于小型无人机甚至于航模上。1988年,伦敦大学率先提出FM-CW SAR概念并将该项技术首次成功应用在雷达高度计上,于1997年该研究机构将这项技术成功应用到海洋内成像。调频连续波SAR技术具有如下的优点:
(1)重量轻、集成度高、造价成本低,适用于装载于轻型无人机。
(2)发射脉冲时间长,发射平均功率低,在侦察战场可发挥低截获概率的优越性能。
(3)发射信号和接收信号同时进行,因此不存在距离盲区。