基于毫米波雷达的地基ARCSAR系统研究与设计

来源：信号处理杂志 2024年第9期北京时间：

作者：申文杰, 吕文兴, 王彦平, 林赟, 李洋, 白泽朝, 蒋雯

摘要：随着遥感技术的不断发展，圆弧式合成孔径雷达（Arc Synthetic Aperture Radar，ARCSAR）系统已成为形变监测、滑坡抢险救援应用的重要手段。该系统通过杆臂带动雷达旋转完成扫描照射，可获取周围场景最大360°区域实现高精度成像，进而利用重轨干涉技术完成形变信息的获取。现有ARCSAR系统多数采用Ku或更低的波段，其雷达系统硬件体积较大，同时低频段下为了实现更高的方位分辨率需较长的杆臂，增加了系统的复杂性和成本，不够灵活和便携。因此，其通常应用于矿山、抢险救援等远距离场景，不适用于城市基础设施如隧道等近距离场景。毫米波雷达具有宽波束、体积小、重量轻以及功耗低的优势，目前已经成熟应用于车载辅助系统、智能驾驶和交通监控等应用。将毫米波雷达与ARCSAR结合可以实现轻小型、高分辨的优势，更适用于城市应用场景，然而目前未见相关成熟系统报道。针对上述需求，本文研究设计实现了毫米波ARCSAR系统，采用毫米波雷达模组作为雷达收发单元，经由杆臂与转台单元连接实现扫描功能，转台部分带有高精度角度编码器实现等角度间隔采样，由此来降低成像处理难度，最后基于距离多普勒（Range Doppler，RD）算法实现成像。本文首先给出RD算法的点目标仿真结果，进一步采用室内角反实验以及室外场景实验证明本文所提系统的有效性。其中，在室内角反实验中，对比了使用和不使用角度编码器时成像结果，分析表明加入编码器后的角反的方位向峰值旁瓣比（Peak Sidelobe Ratio，PSLR）远远高于未使用的情况。实验结果表明，本文系统可以获得良好的聚焦图像，在城市基础设施监测方面具有较大的潜力。

关键词：‍‍毫米波雷达, 圆弧式合成孔径雷达系统, 距离多普勒算法