微型SAR宽带信号产生方法研究

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微型SAR具有体积小、重量轻、功耗低等特点,可以安装在小型无人机上,极大的降低了SAR的使用成本,在战场侦察,地形测绘等领域得到广泛应用。微型SAR通常采用FMCW体制,信号源是其重要的组成部分。在微型SAR中,要求在体积、重量、功耗严格受限的情况下,实现大带宽FMCW信号,传统的信号产生方法具有一定的局限性。本文围绕调频连续波信号源的设计,对宽带信号的数字合成技术、宽带信号的模拟合成技术、调频连续波相位误差的补偿技术、雷达回波模拟技术等进行了深入的讨论和研究,本文的主要工作及创新点概括如下:1.深入研究了宽带信号数字合成技术中的DDS和DDWS方案,针对两个方案存在的杂散严重和幅相不平衡,分别提出了频带选择的方法和预失真补偿的技术,实验证明,本文所提方法能够有效的降低杂散,补偿幅相误差,提升脉压水平。DDS具有频率分辨率高,转换速度快,相位连续等优势,但是存在杂散严重,带宽有限等问题。通过对DDS的深入分析,总结了杂散分布的特点,提出了合理的选择频带的方法。设计实现了DDS信号源,进行了测试,证明本文所提方法能够有效的降低输出信号中的杂散和谐波。DDWS的方案除具有DDS的特点以外,还具有产生波形灵活多样的优势。采用正交调制进行频带扩展时,基带信号的幅相不平衡会造成载频泄露和镜像频率,严重影响输出信号质量。本文提出采用预失真补偿的方法对幅相误差进行补偿。设计并实现了DDWS的信号源,并在信号源上采用预失真补偿的方法对幅相误差和系统误差进行了校正,校正后的信号脉压效果十分优异,接近理想水平。2.根据对PLL以及混合式频率合成技术的研究,提出了扫频式DDS激励PLL(Sweep Voltage DDS-PLL SVDP)的频率合成方案。该方案采用DDS激励PLL,配合电压预置的方法,实现了大调频斜率的宽带信号输出,提升了捕获速度。针对PLL倍频次数过高造成的输出信号相位误差过大的问题,提出采用预失真的方法补偿确知性相位误差。设计实验电路对SVDP方案进行试验,试验结果表明,电路的频率转换速度快,通过预失真补偿,输出信号的频率线性度得到大幅度改善,输出信号脉压性能优异,相参性、稳定性也较好,适合微型SAR的应用。3.针对调频连续波的去调频处理过程中会引入空变相位误差的问题,本文提出了基于RVPC的补偿方法,通过仿真和实测数据测试表明,该方法能够补偿空变的相位误差。去调频的处理方式能够有效的降低采样和处理的压力,从而降低信号处理设备体积和重量,但是,去调频的处理方式会带来新的问题,就是发射信号中的相位误差经过目标反射后会形成与目标距离有关,即空变的相位误差。首先分析发射信号相位误差,建立了完善的相位误差模型,指出相位误差中确知性相位误差是主要的。本文提出的基于RVPC的补偿方法首先提取发射信号相位误差,分别计算发射信号和回波的误差补偿函数,在RVPC前后分别乘以两种补偿函数。经过仿真和实测的数据验证,该方法能够很好的补偿空变的相位误差,提高脉压水平,并且不增加设备重量和计算量。4.基于DDWS方法设计了大容量宽带雷达回波模拟器,拥有最高可达1TB的设计容量,最大达到200MHz的中频信号带宽。雷达回波模拟器是雷达研制过程中不可或缺的调试设备,能够与信号处理机构成半实物仿真系统,完成雷达系统的实验室测试。本文基于DDWS方案设计的雷达回波模拟器,使用NAND Flash作为大容量存储器件,采用并行存储、坏块管理、翻转校正、高速接口等先进技术,克服了模拟器在实现中存在的问题。该雷达回波模拟器具有较好的通用性,存储容量大,数据传输速度快,可输出包括基带、中频和射频在内的多种信号,具有较强的实用性。本文所提出的方法和思路均经过了实际系统的试验验证。通过对所研制系统输出信号的测试,表明本文研究成果具有优异的理论价值和实用价值。
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