星载分布式SAR双频乒乓模式测高精度分析

星载分布式合成孔径雷达(SAR)系统用于干涉测绘,凭借其基线灵活、时间去相关很小的特点得到了快速发展。与传统模式相比,双频乒乓模式能够同时得到两种频率的多幅SAR图像,可以实现更高精度的高程测量。本文首先简单介绍了双频乒乓模式的工作原理,然后深入研究了该模式下SAR干涉对的相位比例关系和相关性,理论上分析了其干涉相位估计精度和对应的测高精度,从而为系统设计和干涉处理方法研究提供理论依据。最后仿真分析结果直观展示了双频乒乓模式相较于传统模式的优越性,由于该模式增加了不同频率的干涉相位数据,干涉相位估计精度和测高精度均显著提升。

分布式无人机载SAR目标到达时差自定位方法

分布式无人机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)在实现对地海高价值目标成像感知时,具备抗干扰能力强、灵活性高、多角度观测等优势。然而,受分置各平台不同源引起的时频误差、气流扰动造成的平台站址误差等影响,分布式无人机载SAR对目标的定位精度下降。本文针对上述问题,提出了一种基于到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的分布式无人机SAR目标自定位方法。首先,通过对每个接收平台无人机接收的回波信号进行成像处理获得同一场景、不同观测方向的多帧图像,并粗略估计出目标的空间位置;其次,在考虑时频同步误差和无人机站址误差情况下,用粗略目标位置结合回波信号中的距离信息与无人机站址构建出TDOA定位方程组;随后,通过泰勒算法求解定位方程组,通过该超定定位方程组中的冗余方程对解算精度进行约束,经过解算可获得更精确的目标位置;最后,推导了在时频同步误差和无人机站址误差存在条件下的克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound,CRLB),对定位效果进行了评估。所提出的目标自定位方法仅利用了回波信号的距离信息,避免了回波信号的多普勒质心估计不准对定位精确的影响。仿真实验结果表明,该定位方法可在时频同步误差和无人机站址误差存在条件下实现对目标的精确定位。

几种提高分布式雷达方位向分辨率方法的分析与比较

分析比较了三种提高分布式合成孔径雷达方位向分辨率的方法:时域扩频,展宽等效多普勒带宽,分辨率虽有提高,但存在频谱混叠,影响成像效果;提高频谱利用率,实现全孔径成像,达到理论分辨率,但多普勒分量提取以及模糊抑制的计算量过大;利用统计分析及估计理论对成像进行空域滤波虽然扩展了清晰成像面积,但没有提高绝对分辨率,且由于矩阵的伪逆操作,计算量惊人。针对上述算法的不足,借鉴扩频思想,提出空间频率滤波方法以改善合成信号的频域特性,从而提高方位向分辨率。给出了仿真结果以说明所提出方法的有效性。

通过频谱合成提高分布式雷达方位向分辨率

为了寻找一种可行的成像算法,提高分布式合成孔径雷达成像分辨率,建立了分布式合成孔径雷达系统的一种简化模型,即线性分布阵列,分析了提高合成孔径雷达方位分辨率的原理,并讨论了在不同方位谱的情况下,借用通信系统中的扩频思想,通过多普勒频谱合成(增大等效合成孔径)来提高方位向分辨率。最后给出了仿真实验及结论,证实该种方法的有效性。

利用分布式InSAR进行地形高程测量性能分析

分布式卫星群是通过一组编队飞行的小卫星协同工作来完成某一特定任务的 ,其功能和可靠性远远超过一颗单独的大卫星 ,因而具有高的性能 /价格比。这一概念于 2 0世纪 90年代中期提出后 ,引起了国内外的广泛重视 ,人们开始探索利用多颗小卫星进行编队飞行的可行性及其潜在的应用领域[1～ 3 ] 。提出了最优测高误差的轨道设计方法 ,并以 3颗编队小卫星为例 ,进行了定量分析。

分布式卫星SAR面目标径向速度估计方法

研究了分布式卫星合成孔径雷达(SAR)存在混合基线下的低信杂比面目标径向速度估计问题.在SAR图像域自适应补偿场景高程干涉相位基础上,对面目标分布区域数据,利用修正的信号拟合方法估计目标径向速度.能有效避免低信杂比情况下传统自适应匹配滤波方法参数估计精度下降问题.仿真结果表明,该方法具有良好的径向速度估计性能.

分布式卫星系统中干涉SAR测高精度分析

分布式卫星SAR系统是近几年提出的一种新的SAR系统,干涉SAR(INSAR)成像是该系统的主要工作模式。本文主要研究该系统中地球自转、分布式卫星系统环绕对INSAR测高精度影响,分析和推导了修正的成像公式及误差曲线。详细分析了不同纬度及不同环绕角时的测高误差变化。仿真结果表明:纬度越低、环绕角越大时,测高误差越大。赤道附近的测高误差最大。

分布式星载SAR回波仿真的并行化计算研究

对分布式星载SAR系统地面回波仿真程序并行化算法进行了研究。重点介绍了分布式小卫星SAR系统多星协同工作的仿真策略、各并行节点任务的分配策略和并行节点间大量数据传输的策略。实验证明此并行化算法具有较高的加速性能,具有实际的应用前景。

基于中国剩余定理解分布式星载SAR-ATI测速模糊

分布式星载SAR系统利用沿航迹干涉对地面运动目标测速时,由于较长基线导致严重的测速模糊。该文在研究鲁棒性中国剩余定理的基础上,利用剩余定理在满足某些约束条件下得到唯一解的原理,分析了多基线和多频率分布式星载SAR-ATI系统解速度模糊的方法,同时推导了多基线和多频率的约束条件,以及最大测速值。仿真结果表明该文算法能有效地解分布式星载SAR-ATI系统动目标速度模糊,为分布式星载SAR系统设计与基线设计提供了一定的指导作用和参考价值。

斜视情况下的分布式卫星InSAR处理方法

基于分布式卫星编队合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实现对地干涉测量存在斜视的情况,分析了斜视角对分布式卫星干涉合成孔径雷达(interferometic SAR,InSAR)地面数据处理的影响,并在此基础上提出通过偏置成像多普勒中心和对成像结果进行线性相位补偿,能够有效减小甚至消除此影响,进而提高数字高程模型的精度。这种方法具有简单和高效的优点。最后,计算机仿真结果验证了本文分析的正确性和方法的有效性。

分布式卫星SAR柔性仿真系统设计与实现

构建分布式卫星合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)仿真系统对于分布式卫星SAR系统设计、测试与验证、减少系统研制费用、降低决策风险,以及系统的在轨运行管理,都具有重要的意义。围绕分布式卫星SAR仿真系统设计需求,提出了分布式卫星SAR系统柔性仿真框架模型,并讨论了设计和实现过程中的关键技术。该系统的实现和应用验证了框架和技术路线的可行性,为未来进一步完善和广泛应用奠定了基础。

基于马尔可夫模型的分布式卫星SAR-ATI空域自适应滤波方法

与单颗卫星合成孔径雷达(SAR)系统相比,编队飞行的分布式卫星雷达系统的优势在于,孔径的尺寸和几何不受限制,自主编队控制可形成多个灵活、有效的基线,在单个编队下可多任务交替进行,能够更好地完成高精度三维地形测绘、地面和空中运动目标检测、大测绘带高分辨率成像等任务。其中,在合成孔径雷达-沿航迹干涉(SAR-ATI)工作模式下,由于编队构型、任务需求等诸多因素的影响,ATI得到的相位中不仅包含了运动目标相位,还包含了切航迹基线引起的随地形起伏变化的相位和多种去相干因素引起的随机变化的噪声,造成了大量的虚警。文中提出了一种新的分布式卫星SAR-ATI空域自适应滤波方法,较好地去除了切轨迹干涉相位和随机噪声,提升了混合基线下SAR-ATI的检测性能。文中基于分布式星载SAR仿真系统进行了算法验证和性能评价,实验结果证明了该方法的良好性能。

分布式卫星InSAR系统基线转换精度分析

在研究分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统空间几何关系模型的基础上,区分出测量基线、修正基线和干涉基线,提出了从测量基线到修正基线的转换方法,并且分析了分布式卫星InSAR系统测量基线到修正基线转换的主要误差源全球定位系统(GPS)测量误差与部位修正误差。通过计算机仿真分析,得出了GPS双频测量误差占主导,部位修正误差对基线测量精度影响也不可忽略的结论。该结论对分布式卫星InSAR系统的设计与优化具有重要的指导意义。

分布式SAR系统中运动目标检测定位技术

建立了分布式卫星SAR系统动目标检测定位和测速模型,提出了一种基于改进的ESPRIT算法的多通道动目标检测定位和测速方法。该方法用DPCA技术检测动目标,再利用改进的ESPRIT算法确定动目标数并定位,提取运动参数。理论和仿真结果表明该方法能正确检测动目标并确定运动参数,与传统FFT方法比较,尤其对于成像后在一个方位分辨单元内的多个动目标情况,该方法具有明显优越性。

分布式小卫星SAR系统模糊函数分析

考虑地球自转、地球曲率以及卫星轨道等参数,建立了分布式卫星绕地飞行模型,利用该模型在原有方法基础上推导出新的分布式星载合成孔径雷达模糊函数,新的模糊函数将卫星之间的运动也考虑在内,更符合实际情况。依据理论分析进行计算机仿真,仿真结果验证了函数的有效性,表明地球自转、曲率、卫星轨道和卫星编队构型等对系统分辨性能有明显影响,为系统设计提供了依据。

星载分布式InSAR基线定标场范围确定方法

为了解决星载分布式InSAR基线定标场选址问题,本文提出一种基线定标场范围确定方法。该方法首先考虑定标场地形要求,选择平坦地区并保证InSAR干涉成像质量;然后根据定标模型,设计了系统同向运行定标和升、降轨定标两种情况下的定标场范围计算方法;最后将系统运行参数和地球椭球参数作为输入条件,计算了不同纬度值对应的定标场最小范围。该方法可直接服务于基线定标场选址,为下一步基线定标场建设奠定基础。

分布式SAR高分辨成像中相关性与基线研究

通过分析高分辨率成像与相关性之间关系问题得到:分布式合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统高分辨率成像的信号必须相关.影响相关性的重要因素之一是基线,进而推导了分布式SAR系统相关系数与基线的关系表达式;仿真分析了基线的选取及其对信号相关性和高分辨率成像的影响,为分布式SAR系统的基线设计提供参考.

一种无控制点支持的分布式SAR系统干涉测高方法

分布式星载合成孔径雷达干涉测高系统提供了多个通道的观测数据,给定位和测高带来冗余信息,基于此提出了一种无需控制点支持的干涉测高方法。介绍了该方法的原理,推导了定位与测高方程组,采用一阶近似进行了误差敏感度分析,并通过Monte—Carlo仿真加以验证。仿真结果表明:(1)可以直接采用误差理论分析结果为系统分析和设计提供支撑;(2)测高精度对系统干涉相位差的误差十分敏感。

一种大基线分布雷达近场相参探测技术

大基线分布式孔径雷达探测近场目标时,由于各孔径对目标的观测角差异较大,雷达接收到的目标散射回波间的相参性差,难以对回波进行相参积累。本文首先研究了目标回波相参性与回波角度和雷达距离分辨率之间的关系;随后,在大基线分布式孔径雷达近场下,通过分辨单元精细刻画,将大散射点目标变为由若干个强散射点组成的“多目标”,进而分别对各强散射点回波进行相参积累;最后,进行仿真分析和试验。结果表明,目标散射回波在大观测角下的相参性得到有效改善,提高了检测信噪比得益,从而验证了本方法的正确性。

星载分布式InSAR基线定标新方法

为了解决星载分布式干涉合成孔径雷达三维基线的高精度定标问题,提出了一种基线定标新方法。首先,该方法将辅雷达多普勒方程与辅雷达距离改化方程相结合,形成基线定标模型,再基于地面控制点,采用最小二乘迭代解算基线三个轴向误差。与基于辅雷达距离改化方程的基线定标模型相比,该基线定标模型优化了法方程系数矩阵条件数,减小了矩阵的病态程度,提高了定标精度。然后,根据基线定标实际上是利用多个地面控制点交会出基线矢量,以及增大交会角可提高交会精度的原理,给出了控制点布设策略,即在近、远距端两侧布设控制点。与均匀布设控制点方式相比,该方式能显著提高定标精度和稳健性。最后,利用星载分布式干涉合成孔径雷达仿真数据进行基线定标实验,先后开展基于不同控制点数量、不同控制点精度、不同控制点布设策略的基线定标实验。实验结果表明,该方法能实现三维基线高精度定标,对跨轨、顺轨、径向基线的定标精度能达到毫米级,可为星载分布式干涉合成孔径雷达基线定标提供一种新途径。