可調式都卜勒主動雷達校正器之改良研究

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陳柏共(Po-Kung Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

遙測科技碩士學位學程

論文名稱

可調式都卜勒主動雷達校正器之改良研究
(A Refined Tunable Doppler Shift Active Radar Calibrator)

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摘要(中)

都卜勒主動式雷達校正器利用混頻器在方位相像上面產生上下兩相對稱的頻移點 [1] ，更在2008年，改進了都卜勒主動式雷達校正器，使其產生的頻移點可達數十個[2]。但由於都卜勒主動式雷達校正器受限於每個頻移點之間的距離必須一樣，同時每個頻移點的輸出功率並不穩定。本研究希望可以利用FPGA來實現數位可調式都卜勒主動式雷達校正器，得以產生不同頻移距離的校正點。由於產生的頻移距離可隨自行調整，對於影像上的幾何校正有很大的幫助，同時藉由數位信號傳輸不易衰減的特性，讓頻移點的輸出功率較為穩定。此外，本研究也模擬將2010年發展出的數位可調式時間延遲主動式雷達校正器與本次研究的系統結合起來，希望能夠同時在方位方向以及斜距方向產生校正點，如此一來便可同時在方位方向以及斜距方向達成影像上的校正。

摘要(英)

A tunable Doppler shift active radar calibrator (ARC) system has been developed in 2007 to produce two symmetric point targets along the SAR track [1]. It was further improved in order to generate much more frequency shift points up[2]. Because of the fixed frequency shifts and thus equal spacing on the image, it makes the site restricted in experiments, and the output power is not constant over these points. This study focuses on designing a digital Doppler shift in ARC system that produce artificial point targets at adjustable spacing and constant output power serving as control points for both geometric and radiometric calibrations. Furthermore, a combination of digital time delay and Doppler shift is simulated for feasibility study of a hybrid ARC system that generate point target on both azimuth and range direction.

關鍵字(中)

★ 雷達校正器

關鍵字(英)

★ ARC
★ FPGA

論文目次

摘要(中文) .................................................i
摘要(英文) ................................................ii
致謝......................................................iv
目錄.......................................................v
圖目....................................................viii
表目......................................................xi
第一章緒論.................................................1
1.1 研究目的................................................1
1.2 文獻回顧................................................3
1.3 章節介紹................................................7
第二章主動式雷達校正器之相關理論及分析...........................9
2.1 合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar)...................9
2.1.1 斜距(Range)處理......................................10
2.1.1.1 匹配濾波器.........................................12
2.1.2 方位(Azimuth)處理....................................18
2.1.2.1 都卜勒效應與脈波壓縮.................................19
2.1.2.2 脈波重複頻率PRF.....................................22
2.2 雷達方程式.............................................25
2.2.1 輻射校正係數換算式.....................................27
2.2.2 積和方法(Integrated method) .........................28
2.3 方位角及仰角............................................32
2.3.1 正北、網格北、磁北.....................................32
2.3.2 計算方位角...........................................33
2.3.3 計算仰角.............................................35
第三章結合FPGA與可調式都卜勒主動式雷達校正器....................36
3.1 介紹主動式雷達校正器設計目的...............................36
3.2 針對可調式都卜勒主動式雷達校正器架構提出缺點..................37
3.3 介紹FPGA..............................................41
3.3.1 FPGA設計流程.........................................43
3.4 數位頻率合成器..........................................47
3.5 混波器原理析............................................51
3.6 數位可調式都卜勒主動式雷達校正器系統架構與內部元件分析..........54
3.6.1 內部元件分析..........................................55
3.7 介紹FPGA可調式都卜勒主動式雷達校正器實驗施測步驟..............58
第四章 FPGA可調式都卜勒主動式雷達校正器實驗結果..................61
4.1 2011/02/17 ERS-2實驗..................................61
4.2 輻射校正係數K值.........................................67
4.3 模擬結合方位、斜距數位主動式雷達校器........................68
第五章結論與展望...........................................76
5.1 結論..................................................76
5.2 未來展望...............................................77
參考文獻...................................................78

參考文獻

[1] 簡誌宏，「C波段可調式都卜勒頻移主動校正器研製與性能評估」，國立中央大學太空科學研究所，碩士論文，2007。
[2] 劉其翰，「可調式都卜勒頻移主動校正器改良與應用」，國立中央大學太空科學研究所，碩士論文，2008。
[3] Daleman P. S., R. K. Hawkins, T.I. Lukowski, “Experience with Active Radar Calibrators for Airborne SAR”, IGARSS '90, Remote Sensing,College Park, MD, pp. 795 – 798.
[4] Ahne J., K. Sarabandi, F.T. Ulaby, “Design and implementation of single antenna polarimetric active radar calibrators”,IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, pp.1280-1283, 1993
[5] 羅俊宏，「C波段主動式雷達校正器之研製與量測」，國立中央大學通訊工程研究所，碩士論文，2004。
[6]紀志成，FPGA數字信號處理設計設計教學，西安電子科技大學出版社，2008。
[7]鄭信源，硬體描述語言數位電路設計實務，台北：儒林圖書公司，2007。
[8]劉紹漢，VHDL晶片設計，台北：全華圖書股份有限公司，2008 。
[9]陳榮、陳華，精通VHDL晶片設計，碁峰資訊股份有限公司，2003。
[10] Ludwig R., P. Bretchko, RF Circuit Design Theory and Applications, Prentice-Hall, 2000.
[11] Peyton Z. ,J. Peebles, Radar principles, Wiley, New York, 1998.
[12] Byron E., RADAR principles, Technology, Applications, Prentice-Hall, 1993.
[13] Cumming I.G., Wong F. H., Digital Processing of Synthetic Aperture Radar data, Artech House, 2005.
[14] Mehrdad S., 1999, Synthetic Aperture Radar signal Processing, John Wiley & SONS ,inc.
[15] Haykin S., B. V. Veen, Signals and Systems, 2nd Edition, John Wiley, New York, 2003.
[16]ERS-2 Satellite replica pulse power correction factor. (http://earth.esa.int/ers/)
[17]Brunfeld D. R., t and F. T. Ulaby, “Active calibrators for radar calibration,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 22, no. 2, 1984.
[18] Ziemer R. E., W. H. Tranter, Principles of Communications, 4th . Edition, John Wiley & Sons, U.S.A 2002.
[19] Stutzman L. W., G. A. Thiele, Antenna theory and Design, 2nd Edition, John Wiley & Sons, U.S.A 1998.

指導教授

任玄、陳錕山
(Hsuan Ren、Kun-Shan Chen)

審核日期

2011-7-26

推文