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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种主动式微波遥感设备,可以不受光照和气候条件的影响实时对地观测,广泛应用于环境保护、地质测绘、灾害监测等领域。传统的SAR工作在脉冲模式,发射信号的占空比很小,峰值功率远大于系统的平均功率,不仅提高了对发射机的设计要求,还导致发射组件的结构复杂、体积庞大等问题。 调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW) SAR将调频连续波技术与合成孔径雷达技术相结合,为SAR系统实现轻型化、微型化、低成本化提供了一种有效地解决方案。它既具有脉冲SAR高分辨、全天时、全天候对地观测的特点,又因其整个系统更轻、更小、造价更低的优势,非常适合搭载于无人机、微型卫星等轻小平台上。本文围绕着FMCW SAR的理论基础、成像处理、信号源设计等方面展开,主要内容和创新性研究、设计包括以下几个方面: (1)研究了FMCW SAR的理论基础。分析了线性调频信号时频特性、连续波雷达测距原理、比较了FMCW SAR与传统脉冲SAR的区别,从本质上解释了FMCW SAR能够实现轻、小、廉的原因。分析了由于dechirp操作对距离向分辨率、信号带宽、处理增益的影响,并研究了它所造成的残余视频相位(Residual Video Phase,RVP)及其消除方法。分析了雷达平台在脉冲发射期间持续运动所导致的影响与“停-走-停”模型不再适用的原因。 (2)针对“停-走-停”模型在FMCW SAR体制下失效的问题,研究了其接收信号的特点并建立模型,在该模型下对距离多普勒算法与频率变标算法进行了理论研究、数学推导与仿真实验,验证了模型的正确性与有效性。研究了一种更为精确的FMCW SAR点目标时域回波信号模型,详细推导了其频谱函数的解析式并与脉冲SAR频谱函数进行比较,最后采用波数域算法进行实验仿真。在该精确模型下重新对频率尺度因子及各滤波函数进行推导,给出了改进的FS算法并通过点目标仿真得到了良好的聚焦效果。 (3)研究了FMCW SAR系统的硬件组成及各部分功能,分析了信号源在整个系统中的重要性。针对传统信号源设计中多采用并行传输方案,而带来码间串扰大、同步难、PCB设计复杂、IC尺寸大、成本高等弊端,不适于FMCW SAR向低成本化、微型化发展的问题研究了高速串行协议JESD204B。基于此协议提出了一种带宽指标为500MHz的FMCW SAR基带信号源设计方案,通过设计电路、绘制原理图、制作以FPGA为核心的电路板、Verilog代码编写和最终的软硬件联合调试,验证了数据在传输过程中的同步性与准确性,方案具有可行性,并经过后期的调试与改进,最终将带宽指标提升至1GHz.