[據(jù)美國(guó)《航空周刊和空間技術(shù)》網(wǎng)站2016年2月29日?qǐng)?bào)道] 能夠穿越云層、適應(yīng)復(fù)雜天氣條件的成像雷達(dá)是對(duì)地監(jiān)視與目標(biāo)監(jiān)視的首選傳感器。然而，傳統(tǒng)成像雷達(dá)由于尺寸與重量方面的原因只能由專門的、昂貴的衛(wèi)星或空中平臺(tái)搭載。
而目前的好消息是，來(lái)自新加坡南洋技術(shù)大學(xué)（NTU）的科學(xué)家成功開發(fā)了一種小型化片上雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的出現(xiàn)使小型無(wú)人機(jī)攜帶全天候合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像傳感器成為可能。
據(jù)悉，這種尺寸只有指尖大小的微型電路片實(shí)際上是一種集成的Ku波段調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)收發(fā)器，包括“啁啾”信號(hào)生成（chirp generation，通信行業(yè)表示編碼脈沖技術(shù)的術(shù)語(yǔ)）、無(wú)線電發(fā)射機(jī)與接收機(jī)、解碼處理與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。
當(dāng)前，SAR傳感器正在向小型化方向發(fā)展，如諾斯羅普•格魯門公司的“車輛與散兵探測(cè)雷達(dá)”（Vader）與雷神公司的“散兵探測(cè)雷達(dá)”專門為“捕 食者”級(jí)別的無(wú)人機(jī)而開發(fā)；芬梅卡尼卡公司的PicoSar有源電子掃描整列雷達(dá)專門為西貝爾公司的“坎姆考普特”小型無(wú)人直升機(jī)而開發(fā)。此次新加坡 NTU大學(xué)開發(fā)的新系統(tǒng)則預(yù)示著片上雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)代的到來(lái)。
來(lái)自NUT大學(xué)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鄭源津表示，這種片上雷達(dá)系統(tǒng)在一種65納米的CMOS電路的基礎(chǔ)上加工而成，計(jì)劃搭載到無(wú)人機(jī)、地面車輛或衛(wèi)星上，用于SAR成像。
單片SAR接收機(jī)/發(fā)射機(jī)尺寸小于10平方毫米（0.015平方英寸），功耗低于200毫瓦，分辨率可達(dá)20厘米（8英寸）或更小。如果按照3×4×5（厘米）規(guī)格進(jìn)行封裝，整個(gè)系統(tǒng)總重低于100克（3.5盎司），從而可配備到微型無(wú)人機(jī)或小型衛(wèi)星上工作。
對(duì)調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)來(lái)說，“啁啾”是指通過對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行編碼調(diào)制，進(jìn)而有助于從背景雜波中提取目標(biāo)回波的一種技術(shù)。由于高分辨率SAR 成像對(duì)平臺(tái)穩(wěn)定性要求較高，NTU大學(xué)采用的無(wú)線電收發(fā)器通過對(duì)“啁啾”信號(hào)比率進(jìn)行調(diào)節(jié)以幫助應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行高度的變化問題。
雷達(dá)的基本原理規(guī)則是孔徑越大，分辨率越高。而SAR雷達(dá)充分利用雷達(dá)與地面相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移，通過電子合成更大的天線從而獲得更高的分辨率。
截至目前，NTU大學(xué)已經(jīng)對(duì)由小型雷達(dá)收發(fā)器、天線和處理器組成的系統(tǒng)進(jìn)行了SAR成像性能測(cè)試。測(cè)試過程中，該原型系統(tǒng)通過沿著某建筑頂部的欄桿運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬無(wú)人機(jī)的飛行。
獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理合成了一幅斜距為108-129米范圍的SAR圖像。NTU大學(xué)的學(xué)術(shù)論文表示，除地面雜草造成的背景雜波外，測(cè)試中獲取的圖像清晰地顯示了兩道回波。
鄭源津表示，“目前，我們正在基于這種片上雷達(dá)接收器開發(fā)一種10×10組合的片上相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有望在2-3年內(nèi)發(fā)展成為一種波束成形雷達(dá)系統(tǒng)。”預(yù)計(jì)這種片上系統(tǒng)將在3-6年內(nèi)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。
NTU大學(xué)還透露，SpaceX、荷蘭半導(dǎo)體公司NXP、日本電子巨頭松下公司以及衛(wèi)星生產(chǎn)商泰雷茲公司均對(duì)這種技術(shù)表示感興趣。下一階段，S4TIN實(shí)驗(yàn)室（該實(shí)驗(yàn)室由NTU大學(xué)與泰雷茲-阿萊尼亞空間公司聯(lián)合創(chuàng)辦）將對(duì)片上雷達(dá)系統(tǒng)的太空應(yīng)用進(jìn)行研究。
NTU大學(xué)衛(wèi)星研究中心主任Low Kay Soon表示，“片上雷達(dá)系統(tǒng)低功耗的特點(diǎn)決定了其特別適合配備到微型衛(wèi)星上工作，如NTU大學(xué)已經(jīng)發(fā)射的X-Sat或Velox-C1”。目前，小型衛(wèi) 星上太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的限制阻礙了SAR系統(tǒng)的應(yīng)用。（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心 谷全祥）
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