基于地球同步轨道合成孔径雷达的双基地探测系统：概念及潜力

低空小目标容易被地物杂波和噪声淹没,影响雷达的探测性能,对国土防空具有较大威胁。星载双基地雷达因其覆盖范围广、相参积累时间长、不受地形遮挡影响等优点,在低空小目标探测方面具有独特优势。本文提出了一种基于地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)的双基地雷达探测系统;在GEO SAR卫星照射、地面(或飞艇)接收的系统配置下,研究了接收机作用距离与双基地角和接收天线面积的关系;并就长时间相参积累、多路径干扰抑制、时间同步与相位同步以及波束扫描与波束管理等关键技术进行了讨论,给出了初步的解决方案。

地球同步轨道合成孔径雷达特性分析

常规的低轨合成孔径雷达具有重访周期长,覆盖范围小等缺点,一个有效的解决办法是将低轨合成孔径雷达轨道提高到地球同步轨道上。然而,由于受地球自转的影响比较大,地球同步轨道合成孔径雷达有着其本身的特殊性。对地球同步轨道上合成孔径雷达的星下点轨迹、波束所能覆盖的范围以及多普勒频率进行了分析,并且相应地做了一些仿真。

地球同步轨道合成孔径雷达干涉测量模型

针对现有文献采用地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)测量地形高度和地貌形变时误差较大的问题,提出了一种新的GEOSAR干涉测量模型。在考虑地球曲面、斜距、基线、平台高度、干涉相位和数字高程模型(DEM)等因素的情况下,推导了干涉GEOSAR的绝对测高精度、相对测高精度与形变测量精度的数学模型,建立了一种既适用于高轨干涉SAR系统,也适用于低轨干涉SAR系统的干涉测量模型。根据该模型计算了GEOSAR测高误差和形变测量误差,并与实验仿真结果进行了比较,验证了该模型的有效性。研究结果表明,所提GEOSAR干涉测量模型与Bruno所提模型相比,适用范围更广,且误差精度提高至米量级。

地球同步轨道合成孔径雷达干涉成像系统研究

本文研究了地球同步轨道合成孔径雷达干涉测量的原理,通过程序模拟了地球同步轨道合成孔径雷达干涉成像系统,给出了地球同步轨道合成孔径雷达的干涉图、展开图.

地球同步轨道空间目标地基逆合成孔径激光雷达系统分析

对用于地球同步轨道空间目标进行成像观测的地基逆合成孔径激光雷达系统进行了分析.讨论了地球同步轨道空间目标运动特性和观测几何模型,分析了地基逆合成孔径激光雷达系统指标,波形选择为无周期相位编码信号,提出了基于发射和本振参考通道的信号相干性保持方法.根据目标存在振动和三维自转的特点,采用正交基线干涉处理的方法进行运动相位误差估计与补偿.引入自适应光学系统实现大气时变相位误差校正,同时明确了基于正交基线干涉处理的逆合成孔径激光雷达与自适应光学在大气校正方面具有互补性.设计了初步系统方案,仿真验证了目标振动和三维自转对逆合成孔径激光雷达成像有明显的影响.

单能电子突增对地球同步轨道卫星聚酰亚胺介质的深层充电效应影响

地球同步轨道时常会发生某单一能量附近高能电子通量突增现象,大量电子注入导致航天器绝缘介质充电效应更加显著。为了更好地评估单能电子突增现象下地球同步轨道航天器介质内部充电水平,建立了3 mm厚平板聚酰亚胺三维模型,采用了一种高能电子辐射和电场数值计算的Geant4-COMSOL联合充电评估方法,分别获得了0.4、0.7、1.0与1.3 MeV这4种单能电子以及地球同步轨道FLUMIC电子能谱辐射下聚酰亚胺内部电荷沉积速率和辐射剂量率分布,同时计算了其内部电场强度和电位分布;将单能电子与FLUMIC能谱叠加,研究了叠加辐射环境下聚酰亚胺内部电场和电位分布,并通过电荷传输过程分析了辐射条件与材料特性对电场强度和电位的影响规律。结果表明,在特定绝缘结构下,0.7 MeV单能电子入射产生的电位最高;1.0 MeV单能电子入射产生的电场强度最高;当同步轨道发生单能电子突增现象时,1.0 MeV电子突增加强了电场强度,1.3 MeV电子削弱了电场强度,基于电荷传输过程解释了叠加辐射环境下的充电规律。研究表明,地球同步轨道下特定结构绝缘介质在发生单能电子突增时,注入电子会导致充电效应加强而产生最坏情况,而更高的电子能量反而穿透材料并提升介质电导率,有效地降低了材料内部电场。

面向全球部署的地球同步轨道卫星全实时测控方案研究

全球部署地球同步轨道卫星时面临的全实时测控问题,设计综合利用星地链路和星间链路的测控方案.该方案将测控任务划分为视线内和视线外两个阶段,视线内以星地链路为主,星间链路为辅,完成测控/数传信息的实时传输;视线外通过构建数据数传接力星形成体系内星间链路,结合北斗导航星座星间链路/中继卫星星间链路构成体系外星间链路,实现测控/数传信息的实时传输.分析测控/数传链路在任务周期内的链路余量、传输时延等指标,评估了方案的可靠性.结果表明,该文设计的方案测控任务的可靠度在0.99以上,数传任务的可靠度可达0.9,能够有效支持地球同步带卫星全球部署,满足测控任务需求.

地球同步轨道卫星对低轨卫星的目标引导方法

在实际作战中,地球同步轨道卫星通常是最先发现弹道导弹发射的预警装备,然而,其提供的缺维探测信息,使得传统的引导交接方法难以直接应用于其对低轨卫星的目标引导上。针对此问题,对地球同步轨道卫星对低轨卫星的目标引导方法进行研究。首先,根据弹道导弹在发射及主动段飞行过程中产生红外辐射特性时的飞行高度约束,计算在单颗地球同步轨道卫星引导下,低轨卫星红外传感器的方位和俯仰探测范围。其次,对低轨卫星红外传感器的探测距离进行建模和计算,实现低轨卫星对目标的成功探测。最后,通过模拟仿真实验,验证了该方法的有效性和准确性。

轨道倾角对地球同步轨道通信卫星外热流影响分析

我国传统地球静止轨道(GEO)卫星外热流经验已不满足当前地球同步轨道(GSO)通信卫星热设计需求。为此,文章针对小倾角GSO卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星开展姿态控制策略、轨道倾角及升交点赤经对卫星外热流的影响规律研究。分析结果表明:对于小倾角GSO卫星,姿态与轨道升交点赤经对南北面外热流有不容忽视的影响;对采用实时偏航控制的IGSO通信卫星,应关注太阳翼红外热流对卫星本体的影响。

电缆在地球同步轨道空间等离子体环境中表面充放电性能

针对宇航用电缆可靠性评价问题,分析了卫星用电缆在地球同步轨道空间等离子体环境中的表面充放电机理,设计了地面模拟试验,并通过试验对电缆的表面充放电性能进行了研究,之后针对电缆在空间中长时间使用有可能出现破损裂痕的现象,通过试验对比对破损电缆进行了表面充放电性能的研究。研究结果表明:在地球同步轨道空间等离子体带电环境中,电缆表面电位可能达数千伏,并伴随峰-峰值数安的静电放电;破损电缆在破损处会产生放电使放电电流注入电路,可对电缆内部电路连接的其他器件产生影响。

基于光学数据的地球同步轨道目标定初轨方法

初轨确定的目的主要有两个,一是为空间目标精密轨道计算提供初值,二是为空间目标轨道测量数据相互关联提供初值,其重要性不言而喻。根据地球同步轨道目标的轨道运行特征,在观测弧段内相对测站几乎保持相对静止。由于光学测角数据中缺乏测距的约束,在基于短弧段的光学测角数据采用传统的Laplace方法计算其初始轨道时,由于观测条件的病态性,迭代过程大多发散,难以得到收敛的初轨结果。鉴于上述原因,本文采用遍历搜索轨道半长轴的方法,提出了基于给定半长轴引入伪测距的初轨确定方法,经过仿真数据检验,该方法初轨确定成功率优于95%,有效地解决了地球同步轨道带近圆轨道目标初轨确定过程中迭代难以收敛的问题。

地球同步轨道星载降雨测量雷达设计

分析了雨的空间分布特性,对现阶段降雨测量雷达的现状进行了调研,提出了一种地球同步轨道星载降雨测量雷达设计方法。该雷达采用Ka频段工作频率,采用螺旋扫描实现5 000km直径的圆区域覆盖,可实现0.3mm/h以上强度降雨的探测。同时,地球同步轨道降雨测量雷达可实现定点观测,通过3~4颗卫星组网即可实现全球覆盖。该雷达是实现全球气候与环境变化监测,军事战场作战环境综合探测的必要装备。

基于地球同步轨道卫星的输电线路山火监测方法研究与应用分析

为了满足输电线路山火易发地区的低漏检、高精度、大范围、高时效性火点近实时监测需求,本文以地球同步轨道卫星影像为基础,提出了一种基于MC-CNN的山火检测算法。通过结合大津算法(OTSU)和上下文算法来增加潜在火点,从而在一定程度上降低火点检测的漏检率;引入PCA算法对输入特征进行优化,构建多通道网络结构,并利用联合概率和PSO参数寻优算法获取不同通道火点识别权重,在加权平均的基础上最终判定火点;同时,采用固定高温热源和太阳耀斑对虚假火点进行去除,以降低误报率。为了验证所提算法的有效性,本文随机选取了2019年至2022年期间输电线路附近历史卫星监测山火案例,并利用已知火点样本对火点反演结果进行验证。计算结果显示,该算法的火点检测精度达到了89.4%。

大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)合成孔径时间长、观测范围大,易受到大气层效应时空变化的影响,使成像的聚焦质量和差分干涉处理精度严重下降。该文针对常规对流层和背景电离层等大气层缓变的干扰部分,建立了高精度时频混合GEO SAR信号模型,分析了不同大气层参数的时间变化率对成像质量和差分干涉处理精度的影响。针对大气层干扰中对流层湍流和电离层闪烁等随机扰动造成的影响,基于幂律功率谱模型,建立了大气扰动参数和成像质量的定量化分析模型,获得了大气层随机干扰的强度与成像评估指标间的关系。最后,通过仿真验证了模型的有效性,并分析了长孔径时间内缓变和随机扰动的大气层误差对成像和差分干涉处理质量的影响,仿真结果表明:L波段GEO SAR成像和差分干涉处理受时空变电离层干扰的影响十分严重,必须予以补偿;对流层干扰对其影响较小,仅当积累时间达到数百秒时才需要考虑它对成像性能的恶化。

基于Chirp_z变换与方位变标地球同步轨道SAR成像算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)成像距离向处理复杂,方位向空变性强问题,该文提出一种基于Chirp_z变换与方位变标的成像算法。首先在回波模型中考虑"停-走-停"假设带来的相位误差,然后给出目标点的斜距表达式,并利用泰勒级数对斜距进行了高阶展开,通过级数反演法得到信号频谱表达式,利用高效的Chirp_z变换校正距离走动,简化距离向处理,利用改进的变标因子校正方位向信号一次,二次,三次展开项系数线性时变性,并在方位频域内补偿变标操作引入的相位误差。仿真结果表明该算法能够实现地球同步轨道SAR聚集成像。

地球同步轨道SAR方位模糊度研究

与低轨合成孔径雷达(SAR)相比较,地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有重访周期短,观测范围广等优点,在军用及民用领域具有广泛应用。针对地球同步轨道合成孔径雷达多普勒中心频率时变及类滑动聚束工作模式造成常规方位模糊度计算不精确的问题,提出了一种新的方位模糊度计算方法。该方法基于精确的星地几何模型,考虑了地球自转、速度时变、多普勒中心频率时变以及类滑动聚束工作过程中天线指向变化对方位模糊度影响,通过对不模糊区域天线方位角及模糊区域天线方位角的精确求解得到了对应的天线增益值,进而得到方位模糊度的精确值。基于空间坐标系转换及矢量表示法推导了GEOSAR方位模糊度的表达式。最后结合地球同步轨道SAR轨道参数进行了仿真,验证了该方法的有效性。

地球同步轨道SAR定轨精度要求分析

针对地球同步轨道合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEOSAR)的技术特点和应用需求,进行定轨精度要求分析。首先建立GEOSAR定轨误差模型,定性分析定轨误差对斜距及多普勒频率的影响。然后针对全误差公式难以解析求解的问题,提出了一种基于蒙特卡罗法分析定轨精度的方法,并给出GEOSAR典型应用模式下的定轨精度分析流程。最后针对中等倾角GEOSAR给出定量的定轨精度要求。仿真表明,GEOSAR成像聚焦所需的径向位置精度为米级,切向速度精度为10-3 m/s量级,目标定位所需的切向位置精度为10m量级,径向速度精度为10-3 m/s量级,差分干涉所需的径向位置精度为毫米量级,并且下视角越小,约束越高。

地球同步轨道星载毫米波降雨雷达数据模拟及地表杂波抑制

首先对地球同步轨道星载降雨雷达进行了介绍;其次基于其技术参数,利用美国第二代机载降雨雷达(APR-2)的实测数据模拟了地球同步轨道星载毫米降雨雷达的数据并对模拟的强度和速度场数据进行了分析;最后根据时域信号(I、Q)和功率谱数据的特征,采用时域无限脉冲响应(IIR)椭圆滤波器和频域高斯模型自适应处理(GMAP)两种方法对地表杂波进行了抑制,并对抑制前后的廓线数据和回波图进行了对比分析.结果表明,采用IIR和GMAP方法能够对受弱风条件下海面杂波影响的近地面气象回波进行较好的恢复,对地表杂波具有较好的抑制效果.

地球同步轨道SAR两维奇异值分解成像方法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEO SAR)长合成时间和大观测场景严重的二维空变将影响二维聚焦深度的问题,该文提出了一种GEO SAR两维奇异值分解成像方法。该方法首先对距离空变信号进行奇异值分解得到距离多普勒的耦合特性,通过距离频率插值和重采样完成距离空变校正;接着,对方位空变信号进行奇异值分解将方位空变与多普勒分离,通过级联的两步奇异值分解和方位非线性变标操作完成方位空变校正,实现整个场景的聚焦。最后,仿真结果验证了该方法的有效性。

地球同步轨道SAR精确斜距模型研究

由于地球同步轨道SAR(Geo-SAR)较高的轨道高度和较长的合成孔径时间,"走-停"("Stop-Go")假设所带来的误差必须予以考虑。该文推导并模拟了正圆轨道下地球同步轨道SAR(Geo-SAR)的精确回波延时方程,分析并仿真了其与"走-停"模型误差。提出了一种"等效中点"模型,并通过仿真验证了该模型能很好地拟合精确距离历程。采用基于高阶多普勒参数的多项式拟合对"等效中点模型"和"走-停"模型的斜距历程进行展开,借助Legendre正交级数展开定量分析了"走-停"模型所带来的各个幂次的斜距误差,进而分析了各幂次斜距误差对于聚焦效果的影响。通过点目标仿真证明了"走-停"模型应用于Geo-SAR的局限性与"等效中点模型"的有效性。