[據美國《航空周刊和空間技術》網站2016年2月29日報道] 能夠穿越云層、適應復雜天氣條件的成像雷達是對地監(jiān)視與目標監(jiān)視的首選傳感器。然而，傳統成像雷達由于尺寸與重量方面的原因只能由專門的、昂貴的衛(wèi)星或空中平臺搭載。
而目前的好消息是，來自新加坡南洋技術大學（NTU）的科學家成功開發(fā)了一種小型化片上雷達系統。該系統的出現使小型無人機攜帶全天候合成孔徑雷達（SAR）成像傳感器成為可能。
據悉，這種尺寸只有指尖大小的微型電路片實際上是一種集成的Ku波段調頻連續(xù)波（FMCW）雷達收發(fā)器，包括“啁啾”信號生成（chirp generation，通信行業(yè)表示編碼脈沖技術的術語）、無線電發(fā)射機與接收機、解碼處理與模擬數字轉換裝置。
當前，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“車輛與散兵探測雷達”（Vader）與雷神公司的“散兵探測雷達”專門為“捕 食者”級別的無人機而開發(fā)；芬梅卡尼卡公司的PicoSar有源電子掃描整列雷達專門為西貝爾公司的“坎姆考普特”小型無人直升機而開發(fā)。此次新加坡 NTU大學開發(fā)的新系統則預示著片上雷達系統時代的到來。
來自NUT大學的項目負責人鄭源津表示，這種片上雷達系統在一種65納米的CMOS電路的基礎上加工而成，計劃搭載到無人機、地面車輛或衛(wèi)星上，用于SAR成像。
單片SAR接收機/發(fā)射機尺寸小于10平方毫米（0.015平方英寸），功耗低于200毫瓦，分辨率可達20厘米（8英寸）或更小。如果按照3×4×5（厘米）規(guī)格進行封裝，整個系統總重低于100克（3.5盎司），從而可配備到微型無人機或小型衛(wèi)星上工作。
對調頻連續(xù)波（FMCW）雷達來說，“啁啾”是指通過對發(fā)射信號進行編碼調制，進而有助于從背景雜波中提取目標回波的一種技術。由于高分辨率SAR 成像對平臺穩(wěn)定性要求較高，NTU大學采用的無線電收發(fā)器通過對“啁啾”信號比率進行調節(jié)以幫助應對無人機飛行高度的變化問題。
雷達的基本原理規(guī)則是孔徑越大，分辨率越高。而SAR雷達充分利用雷達與地面相對運動引起的多普勒頻移，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大學已經對由小型雷達收發(fā)器、天線和處理器組成的系統進行了SAR成像性能測試。測試過程中，該原型系統通過沿著某建筑頂部的欄桿運動來模擬無人機的飛行。
獲取的數據經過處理合成了一幅斜距為108-129米范圍的SAR圖像。NTU大學的學術論文表示，除地面雜草造成的背景雜波外，測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接收器開發(fā)一種10×10組合的片上相控陣雷達系統。該系統有望在2-3年內發(fā)展成為一種波束成形雷達系統。”預計這種片上系統將在3-6年內進入商業(yè)化應用階段。
NTU大學還透露，SpaceX、荷蘭半導體公司NXP、日本電子巨頭松下公司以及衛(wèi)星生產商泰雷茲公司均對這種技術表示感興趣。下一階段，S4TIN實驗室（該實驗室由NTU大學與泰雷茲-阿萊尼亞空間公司聯合創(chuàng)辦）將對片上雷達系統的太空應用進行研究。
NTU大學衛(wèi)星研究中心主任Low Kay Soon表示，“片上雷達系統低功耗的特點決定了其特別適合配備到微型衛(wèi)星上工作，如NTU大學已經發(fā)射的X-Sat或Velox-C1”。目前，小型衛(wèi) 星上太陽能發(fā)電系統的限制阻礙了SAR系統的應用。（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 谷全祥）
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