一种W波段无人机微型SAR系统

丁满来; 丁赤飚; 唐跞; 王雪梅; 温智磊; 曲佳萌

doi:10.11999/JEIT180946

一种W波段无人机微型SAR系统

doi: 10.11999/JEIT180946

1.
中国科学院电子学研究所北京 100190
2.
微波成像重点实验室北京 100190

详细信息

作者简介:
丁满来：男，1982年生，博士，研究方向包括微波毫米波电路与系统、高分辨率合成孔径雷达系统、信号与信息处理

丁赤飚：男，1969年生，研究员，研究方向包括新体制合成孔径雷达技术、空间信息大数据处理与分析技术、芯片化雷达

唐跞：男，1988年生，助理研究员，研究方向为微小型雷达系统关键技术

王雪梅：女，1988年生，工程师，研究方向为天线设计

温智磊：男，1988年生，助理研究员，研究方向为微波毫米波电路设计

曲佳萌：女，1992年生，助理研究员，研究方向为数字信号处理

通讯作者:
丁赤飚　cbding@mail.ie.ac.cn

中图分类号: TN955
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出版历程
- 收稿日期: 2018-10-10
- 修回日期: 2019-03-27
- 网络出版日期: 2019-04-22
- 刊出日期: 2019-08-01

A W Band Mini-SAR System for Unmanned Aerial Vehicle

1.
Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2.
Science and Technology on Microwave Imaging Laboratory, Beijing 100190, China

摘要

摘要: 随着轻小型无人机(UAV)日益发展，基于UAV平台搭载微型SAR系统的探测手段会给信息获取方式带来革命性的影响，这也对微型载荷提出了的更高的需求。针对这一需求，该文介绍了一种W波段UAV微型SAR系统，提出了基于锁相技术的线性调频源的设计方法，并对毫米波(MMW)介质集成波导天线、3维集成、运动补偿方法等关键问题进行研究，研制W波段无人机微型SAR系统原理样机，基于多旋翼无人机平台开展飞行成像应用试验。研究结果表明，原理样机在系统分辨率、体积、重量等方面具有处于业内领先水平，飞行试验获得了聚焦效果良好的高信噪比(SNR)图像。
- 无人机 /
- 微型SAR /
- 调频源 /
- 3维集成
Abstract: With the development of light and small Unmanned Aerial Vehicles (UAV), the detection method of Mini SAR based on UAV platform brings a revolutionary impact on information acquisition mode. In this paper, a W-band Mini SAR system for UAV is proposed, including the system design proposal and composition, high linearity analog phase-locked frequency modulation, MilliMeter Wave (MMW) substrate integrated waveguide antenna, 3D integration and motion compensation methods to solve the key problems of Mini SAR. A W-band Mini SAR prototype is developed and the imaging test based on Multi-rotor UAV is proceeded. The results show that the resolution, volume and the weight of Mini SAR prototype is at the industry-leading level. A high SNR imaging with perfect focusing effect is obtained from flight test.
- Unmanned Aerial Vehicle(UAV) /
- Mini SAR /
- Frequency modulated source /
- 3D integration

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图 1 W波段无人机微型SAR系统方案

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图 2 微型SAR的NESZ仿真结果

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图 3 距离向脉冲压缩结果

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图 4 方位向脉冲压缩结果

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图 6 EBG结构隔离度改善对比图(图例边框)

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图 5 W波段收发天线及EBG结构

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图 7 系统3维集成结构图

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图 8 关键部位的热应力仿真

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图 9 W波段微型SAR样机

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图 10 W波段SAR搭载多旋翼无人机

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图 11 W波段无人机微型SAR试验结果

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表 1 系统主要性能指标

参数名称	指标
载波频率(GHz)	95
带宽(GHz)	2000
调制方式	线性调频
调频率(MHz·μs)	20(可调)
分辨率(m)	0.075
最大作用距离(m)	500

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表 2 典型微小型SAR系统核心指标对比

系统名称	工作频段	分辨率(m)	重量(kg)
MicroASAR^[14]	C	0.750	2.500
AMBER^[15]	X	0.100	6.000
NanoSAR	X	1.000	0.900
UAV SAR^[16]	Ka	0.500	4.000
中科院电子所MiniSAR	Ku	0.150	2.500
本文W波段无人机SAR	W	0.075	0.140

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