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InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。

基于时序InSAR和GIS技术的城市地表沉降分布式监测研究

针对地下水开采和地质结构变化等情况导致的地表塌陷问题,研究了一种综合时序InSAR和GIS技术的城市地表沉降分布式监测方法。基于传统的InSAR技术运用孔径雷达合成三维空间信息图像,通过差分处理图像干涉相位。利用GIS技术与时序相结合,识别提取特征PS点构建时序形变图像,分析解缠相位关系,修正地形图像基线参数,精确计算地表沉降平均值和单位沉降量,实现对观测区进行具体的分布式监测分析。通过实验证明,研究的方法能够有效实现对复杂地形区域的地表沉降分布式监测,与实际监测误差不超过0.8%,具有良好的应用效果和监测效率。

分布式InSAR三维定位的闭合形式解及其精度分析

本文对分布式InSAR(Synthetic Aperture Radar Interferometry)目标三维定位的空间几何关系和工作原理进行了分析,给出了完整的目标定位闭合形式解;对闭合形式解进行灵敏度分析,给出了定位精度指标与系统参数精度指标之间关系的解析表达式;分析表明目标定位几何结构的好坏主要取决于视线矢量、基线矢量和主星速度矢量的空间角位置关系,其中视线、基线平面与视线、速度平面间的二面角是一个关键参数,该二面角越大,几何结构越好.最后在以ENVISAT作为主星、采用“干涉车轮”编队的InSAR系统中,给出了精度指标传递关系的蒙特卡洛仿真验证.

星载分布式InSAR测高性能的理论及系统仿真评价方法

针对星载分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)系统空间几何构形,全面分析了卫星状态误差、干涉基线误差、干涉相位误差、时间、频率和波束三同步误差以及斜距测量误差等分布式InSAR测高误差源,给出了系统测高误差总的传递关系.以三大同步误差为重点,推导了各误差源到高程误差的理论传递模型,给出了分布式InSAR系统的理论评价方法.基于分布式InSAR全过程仿真平台,提出了一种通过构造一定平均坡度的典型场景和自然场景来进行系统仿真的实验评价新方法.通过理论和系统仿真实验两种评价方法的结合,使得分布式InSAR系统的性能评价更加全面、真实.

分布式卫星INSAR信号的相关性分析

在考虑斜视和轨道不平行的情况下 ,推导了干涉合成孔径雷达 ( INSAR)信号相关系数的表达式 ,据此说明了各种去相关因素产生的原因和相互关系 ,定量分析了分布式卫星 INSAR系统中多普勒中心去相关、轨道不平行去相关、基线去相关、体散射去相关等去相关因素的作用大小 ;结合分布式卫星 INSAR系统的多基线特点 ,提出了利用多基线数据融合提高信号相关性的有效措施。分析结果表明 ,通过合理设计和有效信号处理 ,分布式卫星

利用多基线数据融合提高分布式卫星InSAR系统的干涉相位精度

分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统可以通过提供长基线来提高测高灵敏度,但长基线会给干涉相位展开带来困难。结合分布式卫星InSAR系统可以同时提供多个稳定基线的特点,该文提出利用多基线数据融合的方法来解决长基线给干涉相位展开带来的困难。文中采用了有效的数据融合方法——最大似然估计(ML)法,对多基线分布式卫星InSAR系统的干涉相位进行了估计。模拟结果表明,经过多基线数据融合的干涉相位展开精度要远远大于长基线干涉相位的直接展开精度。

分布式POS传递对准对InSAR干涉测量影响的分析

为了得到分布式POS在进行传递对准过程中由于大气扰动产生的挠曲变形姿态误差,以及这些误差与干涉式合成孔径雷达(InSAR)高程测量误差间的对应关系,提出了一种利用"速度+姿态"的传递对准方法,并利用它的误差来作为高程测量模型的输入,最后得出载机在传递对准过程中导致的高程测量误差。为了验证实验,搭建了分布式测量平台,针对该平台,首先根据机翼杆的挠曲变形运动模型增加载机y方向的变形角为Kalman滤波的状态变量,从而进行更精确的估计和补偿。然后推导了InSAR干涉测量的绝对误差表达式以及参数的选取。最后根据滤波结果和高度误差机理分析了横滚角误差对InSAR的高程信息产生的影响。通过仿真分析,传递对准得到的水平失准角误差小于0.009°,方位失准角误差小于0.015°,并且在横滚角误差为±0.089°时,高程误差小于4.2 m。

分布式卫星InSAR目标定位近似闭式解

研究了利用分布式卫星干涉合成孔径雷达系统(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的三维目标定位方法.相比重复航过InSAR系统,分布式卫星InSAR系统中的副雷达工作于双基模式,其雷达成像几何较为复杂,难以求取分布式卫星InSAR三维目标定位方程的闭式解.针对分布式卫星InSAR目标定位问题,提出一种联合主图像成像几何的辅图像等效相位中心法.在此基础上给出了分布式卫星InSAR三维目标定位方程的高精度近似闭式解.理论分析及仿真实验结果验证了求取的近似闭合形式解的精确性.

分布式InSAR卫星系统编队指标体系研究

天绘二号是我国首个近距离双星编队分布式InSAR卫星系统,它的出现使我国具备了全球数字表面模型和雷达正射影像获取能力。针对全球高程数据(1∶50 000)快速获取的需求,本文以天绘二号为背景,基于一体化设计理念,提出一种分布式InSAR卫星系统编队设计、控制和规划技术指标体系论证方法。本文方法在充分考虑分布式InSAR卫星编队技术指标对系统应用性能耦合影响的基础上,建立了满足图像旁向重叠度、干涉成像基线和对地观测效能3类应用需求的编队技术指标论证模型。本文方法将编队理论融入工程实践,可实现快捷、高效的分布式SAR卫星编队系统设计目标,支撑型号装备研制与地面运管系统开发。天绘二号在轨运行结果表明,卫星编队技术指标论证结果合理可行,各项性能指标分配准确。

InSAR构型下的分布式卫星GMTI性能分析

InSAR构型下的分布式卫星的垂直航向基线对地形的敏感性导致杂波抑制难以有效进行,严重影响运动目标检测性能。针对这一问题,分析了不同垂直基线不同地面起伏情况下杂波抑制的性能。推导了通道失配对分布式卫星回波相关性的影响。仿真实验的结果为分布式卫星编队构型提供了一定依据。

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。

分布式卫星的环绕对InSAR测高精度的影响

分布式卫星SAR系统是最近提出的一种新的SAR系统,该文结合干涉SAR(InSAR)技 术,研究了该系统中InSAR成像所面临的问题,分析和推到了系统环绕引起的干涉相位、基线等参数的变 化,以及对成像高度精度的影响,给出了相应的数学模型及关系曲线。分析结果表明随着环绕角度的增加, 测高误差增大,必须对相位和基线进行合理修正。

分布式InSAR基线定标算法

分布式InSAR卫星采用绕飞编队模式，因此存在顺轨、跨轨和下轨三个基线分量。由于三个基线分量之间存在较强的相关性，导致基线定标精度难以提高。本文提出了一种基于单景数据的分布式InSAR基线定标算法，通过构建局部移动坐标系、三维基线向二维基线转换等策略，建立了高精度基线定标模型。在此基础上，通过分析基线定标原理，提出了控制点沿场景两侧布设的新思路。实验结果表明，本文提出的算法能够实现毫米级的InSAR基线定标精度。

分布式InSAR系统技术综述

概述分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统的定义、组成、工作体制、应用领域及特点。综述了4个典型的分布式卫星InSAR系统发展现状,分析了总体技术、编队控制、三同步和基线测量四项系统关键技术。讨论了分布式卫星InSAR系统的高分辨率与宽观测带、实时与准实时和多功能发展方向。针对可实现高分辨率与宽观测带的多通道技术,分析了相位中心个数与重频的关系,并以一发三收模式为例,设计分辨率1 m、观测带宽度30 km波位参数,并分析总结其技术难点。针对有望实现实时与准实时监视的中、高轨InSAR系统,分析了处理器带宽、合成孔径时间、天线尺寸、峰值功率和基线等参数与轨道高度的相互关系。以轨道高度30 000 km为例,设计分辨率5 m、覆盖范围600 km波位参数,分析并总结了系统的关键技术。

分布式卫星InSAR系统的成像算法研究

该文研究了分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统中双基斜视雷达的CS成像算法,给出了算法的具体实现过程,并在算法实现中对分布式卫星InSAR系统的基线不稳定进行了补偿,消除了基线不稳定对SAR图像和干涉测量的影响。通过模拟仿真,验证了双基斜视CS算法的保相性以及基线不稳定补偿方法的有效性。

分布式InSAR干涉基线与空间状态测量的关系分析

阐述了分布式InSAR目标三维定位原理,分析了干涉基线与空间状态测量之间的关系;给出了干涉基线的完整定义,将干涉基线分解为空间域干涉基线和时间域干涉基线,其中时间域干涉基线通过主星的绝对定轨结果获得,空间域干涉基线主要通过高精度星间相对定位结果获得;分析了卫星轨道速度、平台姿态测量、天线安装等误差对干涉基线测量精度的影响,讨论了不同基线测量体制对姿态精度的要求差异,为分布式InSAR的空间状态测量方案设计及相关测量手段精度指标的论证提供了技术支撑。

基于轨道外推的分布式卫星InSAR系统基线转换新方法

为了满足分布式卫星InSAR系统高精度干涉测高对干涉基线的要求,本文提出了利用轨道外推的基线转换新方法。利用卫星运行速度在雷达1个脉冲重复周期内变化很小这个特点,将测量基线进行插值后,根据雷达复图像配准偏移时间进行外推,得到干涉基线。仿真验证结果表明,利用该方法进行的基线转换,转换精度较高,可以满足分布式卫星InSAR系统干涉测高对干涉基线的要求。

分布式卫星INSAR系统中天线指向误差分析

基于分布式卫星INSAR(InterferometricSyntheticApertureRadar)系统的特点,建立了分布式卫星INSAR系统中天线指向误差和由此引起的天线波束偏离的确定关系,分析了天线波束偏离引起的接收信号信噪比、多普勒中心以及方位模糊比的变化和由此产生的测高误差.根据分析结果和系统设计中的误差分配可以提出对天线指向误差的限制.

分布式InSAR编队卫星精密绝对和相对轨道确定

低轨卫星编队的精密轨道和基线确定是分布式InSAR卫星系统完成科学任务的重要前提。目前,基于GNSS数据的缩减动力学绝对和相对轨道确定是获得高精度轨道和基线产品的主要手段。本文利用天绘二号编队星载GPS实测数据,采用缩减动力学定轨方法进行编队卫星绝对和相对定轨研究。GPS数据质量分析表明,A星与B星接收机的信号跟踪能力和数据质量基本相当。通过对轨道机动进行常值加速度建模,可以有效消除机动对天绘二号编队绝对和相对定轨的影响。单星绝对定轨结果表明,6 h重叠弧段轨道差值三维(3D)RMS小于1.2 cm,A星和B星绝对轨道的卫星激光测距数据检核残差RMS分别为2.76 cm和2.33 cm。双星相对定轨结果表明,6 h重叠弧段基线差值3D RMS达到0.66 mm,本文基线产品与西安测绘研究所基线产品互比对差值RMS在径向、切向、法向和3D方向分别为0.73、1.11、0.51和1.43 mm。