星机双基SAR波束空间同步误差及性能分析

星机双基合成孔径雷达(SA-BiSAR)系统利用卫星作为发射站,飞机作为接收站,利用收发分置的特点可以有效提高系统抗干扰能力。为满足成像需求,收发基站的雷达波束指向需满足严格的空间同步要求,必须在成像之前进行波束空间同步检测。针对波束同步检测这一问题,文中建立了星机双基SAR波束同步的数学模型,引入收发波束重叠比反映收发波束的相对关系,通过系统接收信噪比定量分析了无误差情况、飞机存在定位误差和指向误差情况下的系统性能。在飞机斜距为85.6 km的仿真条件下,仿真结果表明,文中建立的数学模型以及信噪比分析方法可有效反映收发波束相对关系及同步性能;当同时存在-5 km定位误差以及0.2°指向误差时,系统性能与无误差时相比整体下降了1 dB以上,中心区域范围较原来大幅缩小,波束中心区域边界点与无误差时位置差达8 km以上。

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。

星机双基地SAR的时间同步误差分析

在星载双基地SAR、机载双基地SAR已有成果的基础上,分析了星机双基地SAR中时间同步误差的影响.利用已有文献提出的一种时间同步误差模型,针对星机双基地SAR中误差的影响进行了定量分析,并进行了仿真验证.结果表明:按目前振荡源的实际频率准确度和稳定度,脉冲重复频率抖动的影响可忽略,线性时间同步误差是影响成像指标的主要误差源.最后,推导了实施同步方案后系统允许的"剩余同步误差"的量化指标要求.

基于GF-3照射的星机双基SAR成像及试验验证

星机双基地合成孔径雷达(SAR)利用卫星发射、机载接收实现对地海面目标的高分辨成像,具有可成像范围广、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点,且可以实现前视、斜视、侧视等多种模式的成像,提供更加丰富的地物信息,具有十分广阔的民用和军事应用前景。针对星机双基SAR,本文首先分析了成像性能与处理方案。随后,描述了基于高分三号SAR卫星照射的星机双基SAR成像试验构型与收发系统组成。最后,给出了星机双基SAR试验的成像结果,并结合成像区域的光学图像分析了系统成像性能。

星/机双基SAR成像技术研究

该文首先对星/机双基SAR实用化的工作模式进行了系统而全面的分析,包括成像几何、回波方程、场景宽度、多普勒带宽、分辨率等等;针对传统方法在求解双基点目标参考谱(BPTRS)时需要泰勒级数近似展开的问题,该文提出了一种新的精确BPTRS求解方法,该方法从时频一一对应关系出发,摒弃了泰勒级数近似展开的做法,推导结果不需要条件约束,最后通点目标仿真实验,验证了该文BPTRS的正确性。

一种实用化的星机双基地SAR空间同步方法

由于卫星和飞机在飞行速度上的较大差异,收发平台波束指向的空间同步是星机双基地SAR的一大技术难点。该文在已有文献所提出方法的基础上,考虑了卫星运行在椭圆轨道、地球是一个椭球体、飞机与卫星的飞行方向可能不平行等实际情况,建立了控制收发天线指向的数学模型并推导了相关公式。仿真结果验证了所提出方法的可行性,结果表明:该方法能在保持较高分辨率的前提下获得实用的场景大小。

星机双基地SAR的两种波束同步方法

收发平台的波束同步是关系到星机双基地SAR能否具有实用价值的核心技术.已有学者提出一种基于收发波束指向控制的同步方法,但原方法中所做的一些假设影响了其实用性.本文给出了两种方法.第一种方法去掉了原方法中所做的几条假设.给出了改进后的数学模型.第二种方法充分利用系统"远发近收"的特点,采用宽波束照射,能在方位分辨率相等的前提下获得比第一种方法更长的场景长度.分析了两种方法的优缺点及各自适用场合.

一种用于非合作式星机双基地SAR中的波束同步技术

已有文献中提出的基于收发波束指向控制的波束同步方法,在非合作式的星机双基地SAR中不适用。根据星机双基地SAR"远发近收"的特点,提出了一种宽波束接收工作模式用于提高场景长度。针对卫星过顶时间的估计误差和飞机导航系统的误差,提出了一种基于对直达波信号进行处理的补偿方案。仿真结果表明,该文提出的方法能在方位分辨率略好于单星SAR的前提下,使场景长度达到1km以上。

利用收发宽波束实现星机双基地SAR的波束同步

由于低轨道雷达卫星的飞行速度远快于飞机,波束同步技术是关系到星机双基地SAR能否具有实用价值的核心技术。已有文献中提出的基于收发波束指向控制的同步方法具有场景长度短、算法复杂等缺点。根据星机双基地SAR"远发近收"的特点,提出一种基于收发宽波束的波束同步方法。从信噪比、系统模糊性等方面对该方法进行量化论证。仿真结果验证了方法的可行性。与已有方法进行比较,结果表明,文中提出的方法能在方位分辨率相等的前提下获得更大的场景长度;而且由于无需进行波束指向控制,成像算法简单。

一种新的星机双基地SAR空间同步方法

由于卫星与飞机在飞行速度上的巨大差异,收发平台波束足迹的空间同步是星机双基地合成孔径雷达(Spaceborne/Airborne Hybrid Bistatic Synthetic Aperture Radar,SA-BSAR)的一大技术难点。已经有学者提出了一种基于波束指向控制的同步方法,但该方法存在着成像时间短、算法复杂、方位分辨率低等缺点。提出了一种基于宽波束照射的新方法,对新方法的可行性进行了充分的量化论证和仿真验证。与已有方法相比,所能获得的场景长度略小,但成像时间更长,方位分辨率更高。最后,分析了两种方法的优缺点,明确了各自的适用场合。

星机双基地SAR中飞机飞行参数的约束条件研究

在星机双基地SAR中,虽然卫星的飞行轨道固定,但飞机的飞行方式灵活得多,从而使得系统具有很强的灵活性。为了保证成像质量,显然飞机的飞行参数也必须满足一定的约束条件。为避免获得无法接受的地距分辨率和方位分辨率,较为系统地分析了星机双基地SAR中飞机飞行参数的约束条件,得出了飞机应与卫星处于场景同侧飞行、飞机航向角与卫星航向角间的偏离不能过大(如不能超过120°)等一系列结论,为设计星机双基地SAR系统时飞机飞行参数的选择提供了一定的理论依据。

星机双基地SAR的工作模式研究

由于卫星速度远快于飞机,传统的条带式已不适用于星机双基地SAR。有文献提出一种"双向滑动聚束式",但该模式存在成像场景长度短、成像算法复杂等缺点。利用星机双基地SAR接收机端信噪比高的特点,提出两种新的工作模式,分别是"卫星宽波束、飞机反向滑动聚束式"和"双宽波束式"。当仅展宽飞机波束时,"双宽波束式"演变为"宽波束接收式"。从理论上分析两种工作模式的可行性,并计算得出典型参数下的技术指标。相比于"双向滑动聚束式",在方位分辨率相等的条件下,这些新模式的场景长度都明显增加。但除"宽波束接收式"外,所提两种新模式将使返回卫星的单基地回波无法使用。文末分析了几种工作模式的适用场合。

基于非等间隔校正的SIFFT星机联合SAR成像算法

星机联合双基地合成孔径雷达(SA-BiSAR)系统是典型的移变双基地SAR系统,系统的移变特性导致大多数传统成像算法已不再适用.本文提出了一种适用于星机联合双基地SAR的成像算法.针对系统的移变特性,首先本文分析了变尺度FFT(SIFFT)方法,发现该方法在距离徙动校正后会出现非等间隔现象,导致方位向散焦,成像处理失败.分析表明对于星机联合SAR这种成像场景较大的情况下,SIFFT方法不再适用.对此本文进行了分析,提出了基于非等间隔校正的SIFFT算法,实现了方位向的相干积累,得到了较理想的成像效果.针对更大的成像场景,在前述算法的基础上,又提出了沿距离向变参考点的距离分块算法,完成了特大场景下的良好聚焦效果.显示了本文所提方法的通用性和有效性.

GEO-UAV空天双基SAR二维分辨能力分析

收发平台分置于地球同步轨道(GEO)和无人机(UAV)的GEO-UAV空天双基合成孔径雷达(SAR)系统能够实现对重点观测区域高精度、高时相的观测,二维分辨能力为其重要的系统指标。针对GEO-UAV空天双基SAR的二维分辨能力进行了分析:首先,基于梯度法给出了空天双基SAR矢量化的二维分辨率的计算方法;其次,基于GEO-UAV空天双基SAR的构型计算了其距离分辨率、方位分辨率以及二维分辨矢量夹角;最后,基于系统的二维分辨能力提出了GEO-UAV空天双基SAR的构型设计准则,通过点目标仿真对该准则的有效性进行了验证。所提设计准则能够为GEO-UAV空天双基SAR的系统设计提供有力支撑。

一种求解GEO星机双基地SAR二维频谱的方法

求解回波信号的二维频谱是双基地合成孔径雷达（Bi-SAR）系统成像的关键问题,传统方法主要有Loffied双基公式法（LBF）和扩展Loffied双基公式法（扩展LBF）。而对于地球同步轨道星机双基地合成孔径雷达（GEO星机双基地SAR）来说,由于收发平台具有明显的异构性,采用传统方法求解回波信号二维频谱会产生较大的误差。文中针对GEO星机双基地SAR系统的结构特点,提出采用多普勒贡献比加权（DDW）的方法来求解回波信号的二维频谱,并通过仿真分析比较了LBF、扩展LBF、DDW三种方法求解回波信号二维频谱的相位误差;然后,选取GEO星机双基地SAR场景下的点目标,利用求解得到的二维频谱进行仿真成像;最后,比较了成像效果,说明采用DDW方法求解该模式下回波信号二维频谱的优越性。