GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。

GEO SAR照射的机载前视接收双基SAR系统二维分辨能力分析

地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)星/机双基前视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)实现了接收机飞行方向的成像能力,可以对重点区域进行持续前视观测,具有广泛的应用场景。对固定轨道GEO SAR照射下的机载前视接收机的双基SAR系统二维分辨能力进行了解析和验证仿真分析。首先,基于梯度法给出了GEO星/机双基前视SAR的二维分辨能力及其夹角的解析结果;其次,分析了不同双基前视构型对距离向分辨率、方位向分辨率和分辨率夹角的影响,并给出了基于分析结果的构型设计基本准则;最后,对GEO SAR处于不同轨道位置时分别进行了点目标仿真,有效验证了该分析方法的有效性和准确性。

斜入射下电离层闪烁对GEO SAR成像影响分析

本文基于多相位屏理论,研究了电离层闪烁对GEO SAR成像的影响。首先针对电离层各向异性的特点,修正了各向异性电子密度起伏的功率谱,并重新推导了斜入射条件下随机介质中的电磁波传播方程,改进了传统的基于垂直入射和各向同性电离层条件下的多相屏仿真方法,然后结合典型GEO SAR参数,分析了电离层闪烁对GEO SAR成像的影响。最后,通过Monte Carlo仿真,给出了不同电离层电子密度起伏条件下GEO SAR进行合成孔径处理的最优积累时间。分析结果表明,相同GEO SAR系统配置下,电离层闪烁的起伏越大,合成时间越长,GEO SAR成像质量越差,甚至会出现无法聚焦的情况。

应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理验证方法

为了验证地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)的成像机理,采用倾斜地球同步轨道(IGSO)北斗导航卫星作为照射源,通过地面接收北斗导航卫星信号和地面反射的回波信号,实现对GEO SAR成像机理的等效性验证。北斗导航卫星具有与GEO SAR卫星相似的轨道,地面接收的信号可以等效成单程传播的GEO SAR回波信号;成像处理采用与GEO SAR相同的合成孔径时间,在合成孔径时间内地面反射的北斗导航卫星信号具有与单程传播的GEO SAR回波信号相似的距离徙动特性和多普勒特性,可实现长合成孔径时间条件下GEO SAR成像机理的验证。通过双基地试验实现了应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理的等效性验证。

一种适用于GEO SAR远地点的改进SRC算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达在远地点采用原有的等效直线模型速度和斜视角会出现复数,以及"Stop-and-Go"假设不成立的问题,进行了二次距离压缩算法(SRC)的改进,提出了一种新的信号模型,修正了成像算法中的补偿函数,而且采用高阶近似的方法得到了精确的方位向调频率,改进了方位向压缩函数.结果表明改进的二次距离压缩算法可以在合成孔径时间100s内聚焦远地点40km×40km的场景,且场景边缘点的峰值旁瓣比和积分旁瓣比与理论值非常接近.

电离层闪烁对GEO SAR成像的影响分析

研究电离层闪烁效应对GEO SAR成像的影响.针对GEO SAR系统的特点,首先通过GEO SAR系统参数的仿真,分析电离层对于GEO SAR影响的特殊性,而后通过多相屏理论,仿真分析电离层闪烁产生的随机起伏现象对GEO SAR系统图像质量的影响,最后结合Monte Carlo仿真,给出了不同电离层起伏条件下GEO SAR直接合成孔径处理的最优积累时间.分析结果表明:相同GEO SAR系统参数下,电离层闪烁起伏越大,合成时间越长,成像质量结果越差,甚至会出现无法聚焦的情况.

GEO SAR高阶多普勒信号模型研究

信号模型是星载合成孔径雷达(SAR)数据处理的基础数学模型,文章通过分析地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)的轨道和成像机理的特殊性,针对长合成孔径时间和弯曲轨迹,提出了一种适用于GEO SAR的精确高阶多普勒信号模型。首先,建立合理的星-地运动几何模型,分析3种典型轨道GEO SAR的姿态导引角度和合成孔径时间特性;然后,阐述高阶多普勒信号模型的解析形式以及相应各频域的解析表达式。仿真结果表明:与等效斜视距离模型和改进的等效斜视距离模型相比,高阶多普勒信号模型具有更高的精度;对10m分辨率的点目标进行成像处理,利用4阶多普勒模型成像后,聚焦效果良好。

分布式GEO SAR:编队构型设计及性能分析

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有短重访周期、大覆盖范围的优势,在防灾减灾方面具有重大潜力.本文提出包含远近编队的伴随分布式GEO SAR系统,在单星GEO SAR基础上,通过增加仅接收信号的从星伴随飞行,形成多个相位中心,具有功能丰富、成本低的优点;但不同功能对编队的空间基线要求不同.本文针对近距编队构型,提出基于坐标旋转的相对运动方程修正方法,可获得地球自转影响下空间基线解析计算方法;进一步提出基于半长轴修正的线性时变基线设计方法,可应用于SAR层析任务.针对远距编队,提出全局可测约束下最小定位精度系数准则,可实现具有最佳视角组合的远距编队设计,实现三维形变反演任务.最后,仿真并分析了伴随分布式GEO SAR编队各功能的系统性能,包括基线的日变化、高度向分辨率和典型观测区域的三维形变反演精度等.

基于相位扫描的GEO SAR多普勒中心频率高精度补偿方法

分析了地球自转和椭圆轨道对地球同步轨道星载合成孔径雷达(GEO SAR)多普勒中心频率的影响.在平台坐标系下推导出了二维偏航控制所需的偏航和俯仰角度的解析表达式;并结合GEO SAR偏航角度大、下视角变化范围小、平台转动难和稳定难等特点,提出了由小角度的二维相位扫描方法来完成GEO SAR多普勒中心频率的高精度补偿方法,实现了GEO SAR的偏航控制.仿真结果验证了该方法的有效性.

一种方位时变GEO SAR成像处理新算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)回波模型的距离空变和方位时变问题,提出一种基于改进距离-多普勒(RD)和方位向调频尺度变换(CS)的成像算法。首先引入四阶泰勒展开模型解决成像中存在的弯曲轨迹问题,然后对传统RD算法进行改进,补偿距离空变,最后对方位时变进行建模,通过方位向CS补偿方位时变,使GEO SAR能够进行更大场景的成像。结合天基雷达先进仿真系统(SBRAS)进行仿真,验证了该算法的有效性。

GEO SAR波束误差综合补偿方法

与低地球轨道合成孔径雷达(LEO SAR)相比,地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有合成孔径时间长、波足速度慢和幅宽大的特点。根据GEO SAR的特点,提出GEO SAR波束误差综合补偿方法,主要包括基于主被动联合振动抑制的高精度波束指向稳定度控制、基于卫星平台姿态摆动的波束方向图测量和基于分块处理的数据域波束误差补偿。该方法综合考虑了GEO SAR波束在各环节的误差源,可以最大限度地补偿波束误差,从而很好地改善GEO SAR的成像质量。

一种改进的GEO SAR回波仿真方法

地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Earth Orbit SAR,GEO SAR)是近几年来SAR领域的研究热点。GEO SAR轨道高度达到35 786km,作用距离远、覆盖范围大,使得传统低轨星载SAR的回波仿真方法不再适用,例如双程斜距计算方法、姿态导引方法、地面目标布设方法等都需要改进。回波仿真是SAR成像处理的一个重要环节,在吸收现有研究成果的基础上,提出了一种改进的GEO SAR回波仿真方法,考虑了不同的轨道构型,在椭球地球表面布设点阵目标,更符合实际情况。通过回波仿真和成像验证了所提方法的有效性。

大偏心率小倾角GEO SAR观测特性及成像研究

地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Earth Orbital Synthetic Aperture Radar,GEO SAR)具有重访周期短,观测区域大等优势,可以对大面积热点区域进行长时间连续观测,在军事侦察、土壤湿度和自然灾害监测等领域具有重要应用前景。当前GEO SAR研究主要集中在大倾角小偏心率轨道,而关于大偏心率小倾角则鲜有涉及。因此针对大偏心率小倾角GEO SAR的观测特性问题,仿真了卫星在不同轨道配置下的空间轨迹及覆盖性能示意图,说明了其观测性能优势,并仿真了此时“走-停”假设误差的大小,使用后向投影(Back Projection,BP)算法给出了卫星在不同轨道位置处的聚焦成像结果,说明成像算法的有效性。

GEO SAR快视成像系统设计与实现

文章设计并实现了基于高性能通用化集群架构的GEO SAR快视成像系统,对相应的软硬件系统结构和组成进行了阐述。基于3×3点阵回波数据,文章通过采用后向投影算法(BPA)的仿真实验,验证了该快视成像系统的有效性。成像结果表明,该GEO SAR快视成像系统可以满足SAR图像反演的系统指标和效能要求。

GEO SAR中精确的面目标回波仿真方法

地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous synthetic aperture radar,GEO SAR)具有重返周期短、驻留时间长、观测范围广等优点,在陆地测绘与自然灾害检测等方面有巨大的应用价值,吸引了众多国内外研究学者的兴趣。现在尚未有可用的GEO SAR实测数据,许多提出的成像算法都是以点目标作为验证对象,而在面目标中未必有很好的适用性,并且在将来的观测场景中,研究对象都是面目标。因此,在GEO SAR系统下对于面目标的回波进行仿真,显得很有必要。以点目标回波仿真形式作为基础,针对GEO SAR中数据量大、仿真效率低这一问题,本文提出一种通过插值快速构造场景的方法,并且在回波仿真中考虑了“停-走-停”误差以及方位向窗函数准确设计这两个问题,以确保回波仿真贴切实际情况。还提出两种目标散射强度设计方法,最后通过成像验证回波仿真的正确性。

电离层FR对GEO SAR点目标成像影响的验证

为了实验评判地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Earth Orbital,GEO SAR)信号穿越大气层时电离层法拉第旋转(Faraday Rotation,FR)效应对其点目标成像的影响大小,文章提出了一种在地面车载实验时用铁氧体等效验证电离层FR对GEO SAR点目标成像影响的方法,实验给出了不经过电离层FR和经过等效电离层FR的点目标成像结果。测量结果表明,电离层法拉第旋转对点目标成像影响明显,但通过一定的图像补偿算法,可在后续工作中较好地抵消这种影响。

基于GEO SAR辐射的星机协同融合探测系统

为提高机载平台对隐身目标的探测能力,提出一种基于地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)辐射、多个机载平台接收的多基雷达协同探测系统,该系统具有覆盖范围广、机载射频隐身、生存能力强等优势。分析了星机协同的作战优势,可获取目标RCS空间闪烁增益、双基RCS增益以及融合增益。分析了星机双基协同探测威力与多基融合探测威力,可提高隐身目标探测距离。通过仿真实验验证了分析的有效性。

基于椭圆轨道的Geo-SAR精确多普勒参数解析计算方法

该文综合考虑了轨道偏心率、地球扁率和地球自转三方面的因素,推导得出高精度星载SAR多普勒中心频率和多普勒调频率解析式。鉴于2维姿态导引对于Geo-SAR的必要性,进一步分析了姿态导引后和零姿态导引两种情况下的多普勒参数,为Geo-SAR的多普勒参数计算提供了实用且有效的方法。该文得到的多普勒参数解析计算式适用于任意轨道高度和任意姿态的星载SAR,且具备很高的精度。基于该结论,研究了运行于椭圆轨道的Geo-SAR多普勒中心和多普勒调频率特性。

基于频谱偏移的GEO星机多基SAR提高距离分辨率方法

该文给出了发射端固定的单发多收地球同步轨道(GEO)星机多基SAR几何模型,推导了不同接收端回波之间的频谱偏移。基于该频谱偏移,提出了通过合成不同接收端的频谱实现提高距离分辨率的方法。详细分析了谱合成过程中产生的重叠干扰项,及其对距离分辨率的影响,并提出了权值滤波的方法进行抑制。最后通过仿真验证了方法的有效性。

GEO星机双/多基地SAR系统同步探讨

分布式合成孔径雷达(SAR)系统已成为SAR领域新的研究方向和研究热点,在地球静止轨道(GEO)上构建发射站,在空中飞机上配置SAR接收机的星机双基地SAR,是一种新体制的SAR系统。该文对基于地球静止轨道(GEO)的卫星作为发射站平台,飞机作为接收站的星机双基地SAR系统进行了介绍,给出了系统的组成方式,并就星机各自的轨道进行了简述,文章重点对GEO星机双基地SAR系统的同步问题进行了分析,提出了初步的构想,并给出了部分仿真结果。