L波段雷达大地回波测量系统的研制与应用

摘要

后向散射系数的测量是大地回波特性研究的重要组成部分，针对大地散射系数测量需要而设计的雷达散射计则是支撑其发展的关键技术之一。
　　 本文介绍了一种用于在近垂直入射情况下测量大地散射系数的L波段雷达散射计系统的设计方案和具体实现，该散射计系统采用窄波束双天线线性调频连续波(LFMCW)体制。系统射频前端采用自差拍混频的方式，混频后得到的回波差拍信号经预处理和PGA放大后，由数字采集模块对该信号进行同步采集，并将数据存储到计算机。对采集到的信号做功率谱估计后，结合测量时的雷达参数和环境参数，就可以计算出被测目标的散射系数。
　　 扫频非线性是影响调频连续波雷达系统性能的重要指标，它主要影响系统的距离分辨力和测距精度。本文利用由闭环线性度校正方法构成的数字-模拟混合系统对散射计进行了扫频非线性校正，其扫频非线性度由原始的10％校正到优于0.5％，对于本系统来说已经完全满足要求。
　　 定标是雷达散射计区别于其他普通探测用雷达的主要特征，是雷达散射计能够用于测量散射系数的重要因素之一，它直接影响到散射系数的测量精度。本文介绍了散射计定标的一般方法：内定标和外定标，并针对本散射计特点制定了具体的定标方案。实验时采用已知RCS值的标准金属球作为定标体，使用相对定标法对系统进行外定标实验，得到定标数据。内定标时，通过内外场实验，分别利用延迟线和角反射器对散射计进行了PGA的增益定标和系统的距离测量定标。
　　 最后，利用本散射计对翻耕农田进行了散射系数测量实验，得到了测量数据，并对测量结果做了分析处理。
　　 本文主要完成了以下两个方面的工作：
　　 一、雷达散射计系统的研制。包括从根据测量要求提出设计指标到整个测量系统的设计实现全过程。其中主要有以下一些工作：
　　 根据测量的要求，设计了L波段雷达散射计的总体方案和相关参数。
　　 设计调试了LFMCW体制L波段雷达散射计射频前段和中频硬件电路。
　　 对系统进行扫频非线性校正，使系统非线性度达到使用标准。
　　 二、散射计的定标与散射系数测量方法，包括：
　　 研究了散射计的定标方法。通过内外场定标实验，对散射计增益和距离进行了校正，并利用金属球完成系统的绝对定标。
　　 使用散射计对翻耕农田散射系数进行了实地测量，并得到了该种地形的散射系数曲线。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究概况

1.3本文的主要工作

第二章散射系数及雷达散射计原理

2.1散射系数σ0

2.1.1雷达截面积

2.1.2散射系数

2.1.3近垂直入射时目标的散射系数

2.2雷达散射计原理

2.3本章小结

第三章LFMCW体制雷达散射计的研制

3.1 L波段雷达散射计的系统设计

3.1.1散射计体制的选择

3.1.2散射计系统参数的设计

3.1.3基于LFMCW体制的散射计系统设计

3.2射频前端的设计与实现

3.2.1射频前端通路设计

3.2.2射频前端电路实现与测试

3.3中频及扫频电路设计与实现

3.3.1扫频、同步及时钟信号发生电路的实现与测试

3.3.2中频信号滤波放大电路的实现与测试

3.4数据采集

3.5系统非线性校正

3.6系统测试

3.7本章小结

第四章定标

4.1散射计的定标方法

4.1.1内定标

4.1.2外定标

4.2增益定标

4.3距离定标

4.4外定标实验及结果

4.4.1定标体的选择

4.4.2实验步骤

4.4.3实验数据与结果分析

4.5本章小结

第五章大地回波测量实验

5.1外场实验方案设计

5.2翻耕农田雷达回波测量数据及结果

5.3本章小结

第六章结束语

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的研究成果