基于“北斗”差分的双基SAR高精度时频同步方法

为了满足分布式平台协同探测和双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)目标成像对时频同步的高精度应用需求,提出了一种基于“北斗”导航卫星观测单差的时频同步方法。该方法基于伪距单差计算得到平台间的相对钟差,并通过载波相位观测单差的前后历元差消除单差整周模糊度,计算得到相对频率误差。静态实测和动态模拟测试结果表明,该方法可以实现固定时间同步误差优于5 ns,线性时间同步误差优于2×10^(-3)ns/s,二次时间同步误差优于10^(-6)ns/s^(2),固定频率同步误差优于0.01 Hz,线性频率同步误差优于10^(-5)Hz/s的精度,满足实际工程应用的要求。在该时频同步方法的基础上,开展了双基SAR目标成像质量仿真分析,验证了算法的可用性,可以保证分布式协同系统的动态、实时和高精度时频同步应用。

时频同步误差影响双基地SAR成像效果的仿真系统设计

以双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)协同探测和目标成像为背景,基于时频误差实测数据设计了一套机载双基SAR系统的时频同步误差建模和分析的仿真系统。系统由时频误差建模模块、成像几何构型设置模块、成像回波产生模块及成像效能评估模块组成。时频误差建模模块对实际采集的时频误差进行建模,成像几何构型设置模块进行典型机载双基SAR几何构型参数设置,成像回波产生模块利用二维频域快速傅里叶变换法(Two-dimension Fast Fourier Transform,2DFFT)生成原始回波信号,成像效能评估模块完成回波成像和成像效果在线定量评估。整个系统功能通过编写图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)实现操作可视化。该仿真系统将实际时频误差数据模型与理论模型进行对比,定量分析特定几何构型下实际时频误差对双基SAR成像的影响。结果表明,该仿真系统能实时在线定量评估实际时频误差下的双基SAR成像效果,对工程项目研制具有指导意义。

基于电磁散射模型的海上舰船双基SAR图像仿真

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在地海环境遥感和目标探测识别中发挥着重要作用。相对于单基SAR,双基SAR能够通过调整发射机和接收机的角度对场景进行多方位观测,因此开展海上舰船目标双基SAR图像仿真可为非合作目标的特征研究和探测识别提供方法和手段,在目标探测识别方面有着重要意义。为此,本文利用基于面元化的简化小斜率近似(facet-based simplified small slope approximation,FBS-SSA)方法与几何光学/物理光学(geometrical optics/physical optics,GO/PO)混合方法,提出了一种基于电磁散射模型的海上舰船目标复合场景双基SAR图像仿真方法,实现了不同双基角下的海上舰船SAR图像仿真,并分析了雷达飞行方向与舰船角度、发射机和接收机相对位置、极化、海况对雷达图像的影响。结果表明,双基角、极化、舰船朝向都会对双基SAR图像产生较大的影响,因此可以通过获取不同双基角度下的复合场景SAR图像特征从而可以更好地开展舰船识别。此外,SAR图像中的阴影特征也可作为舰船识别的辅助手段。

弹载双基前视SAR俯冲段成像制导路径优化研究

弹载双基前视合成孔径雷达(Missile-Borne Bistatic Forward-Looking Synthetic Aperture Radar,MBFL-SAR)可实现俯冲段全程二维高分辨率成像,还可实现导弹间的协同作战,提高制导精度。针对此构型下发射机轨迹直接影响双基成像分辨率的问题,分析了MBFL-SAR构型下的俯冲段二维分辨率特性,结合导弹的运动特性,在二维分辨率及导弹运动学对弹道的约束下,把导弹的三维加速度变化量作为优化变量,构建了与场景内分辨率夹角相关的目标函数,利用参数自适应的改进遗传算法进行发射机弹道优化仿真。与现有的基于线性衰减模型的轨迹设计方法相比,本文所提的轨迹优化方法可更好地满足高分辨率成像的要求。

改进的NLCS星弹双基SAR俯冲前视成像算法

在俯冲阶段由于导弹具有加速度,速度大小和方向会发生急剧变化,其收发瞬时斜距会变复杂,将导致距离-方位向耦合严重和方位空变性问题,若直接进行方位向聚焦压缩,会造成图像畸变。针对这两个难题,采用一种改进的非线性变标(Nonlinear Chirp Scaling,NLCS)算法运用到新型星弹双基系统模型中。首先建立了星弹双基系统模型;接着利用级数反演法推导了二维频谱表达式,在二维频域中通过完成距离压缩和徙动校正来消除距离-方位耦合的影响,再利用改进的NLCS算法对方位向多普勒调频率进行补偿解决方位向空变性问题,完成方位向压缩聚焦,从而得到良好的成像结果。与改进的距离多普勒(Range Doppler,RD)算法相比,该算法减少了1.013×10^(8)浮点运算量(Floating Point Operations per Second,FLOPS),边缘点方位向聚焦效果有了很大的改善,方位向峰值旁瓣比(Peak Sidelobe Ratio,PSLR)、积分旁瓣比(Integrated Sidelobe Ratio,ISLR)、分辨率分别提升了2.41 dB,1.29 dB,1.16 m,证明了该方法的有效性与可行性。

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。

基于北斗导航卫星的多角度双基地SAR成像与融合

GNSS-BSAR是一种利用导航卫星作为发射机的双基地SAR(BSAR)系统,具有系统代价低等特点,但是其图像分辨率差、信噪比低。结合我国现有的北斗导航卫星系统,该文提出了一种BSAR多角度观测与数据处理方法,实现了对目标区域的多角度观测,共获取了26种几何配置下的图像,并提出一种感兴趣区域融合方法生成了多融合图像。获得了较高质量的图像,证明了多角度融合是一种扩展GNSS-BSAR遥感应用的有效途径。

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.

一种基于距离补偿的分布式小卫星双基SAR成像方法

在一定条件下,分布式小卫星双基SAR可近似认为是一种信号发射器与接收器平行运动的双基SAR系统。针对其结构特点,该文提出一种基于距离补偿的成像方法。通过该方法可把双基SAR的相位信息以单基SAR 的形式表示,这样就可利用单基SAR的成像算法对双基SAR进行研究。本文结合波数域算法对这一方法进行了阐述,并给出了仿真结果。仿真结果表明,该方法可有效应用于分布式小卫星双基SAR的成像中。

异构平台双基SAR成像的RD算法

LBF是第一个原理上适用于任意构型双基SAR的点目标二维解析频谱.传统的LBF对于速度差异较大的异种平台构型双基SAR的精度低,无法实现有效聚焦成像处理.本文给出了一种基于加权LBF的双基SAR的RD算法.仿真成像结果验证了所提方法的有效性.

星载双基地SAR空间几何关系和信号模型

为了研究星载双基地SAR系统成像的相关问题,必须先建立其回波信号模型。根据星载双基地SAR雷达与目标的空间几何关系,确定了其多普勒参数表达形式,在此基础上建立了星载双基地SAR回波信号数学模型。通过仿真计算分析了信号模型中距离模型的误差,结果表明,误差对成像的影响完全在可接受的范围以内。将建立的信号模型应用于成像处理,成像结果正确,证明了回波信号模型的实用性。

弹载曲线轨迹双基SAR反向滤波PFA成像与图像畸变校正算法

在弹载曲线轨迹双基SAR成像中,三轴速度与加速度降低了传统的双基等效斜距模型精度,也使得基于匀速直线平飞轨迹模型的极坐标格式算法(PFA)不再适用。受双平台加速度引入的空变运动误差影响,传统的分子块补偿方法会造成图像子块间地物景象不连续问题,影响后续的图像匹配应用。针对这些问题,该文提出一种新的双基SAR成像算法——反向滤波PFA算法(BFPFA),该算法是基于改进的通用化双基等效斜距模型(IGBERM),利用PFA插值将频谱投影到地距平面,通过构建空变相位误差与图像畸变联合补偿滤波器,并采用反向映射插值,实现在斜地转换过程中对运动误差、波前弯曲与图像畸变进行局部联合补偿,获得的无畸变双基SAR地距图更有利于后续的图像匹配应用。最后,仿真实验验证了所提算法的有效性。

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。

基于斜飞模式的双基地SAR成像算法

斜飞模式双基地SAR系统配置灵活,具有广阔的应用前景.但由于收发平台存在距离向的运动,瞬时斜距方程非常复杂,运动补偿也更困难.本文通过分析斜飞模式下的几何构形,阐述了斜飞模式下距离向运动补偿的基本原理,并设计了两种运动补偿方法——泰勒近似法和模型近似法.然后通过对距离向偏移补偿后的回波分析,完整的推导了基于时域距离走动的双基地SAR成像算法.仿真实验表明模型近似法运动补偿的效果要优于泰勒一阶近似法,与泰勒二阶近似法相当,并验证了本文方法对斜飞模式双基地SAR成像的有效性.

大斜视双基地SAR的二维可分离成像算法

提出了大斜视双基地SAR的二维可分离成像算法。首先建立了大斜视双基地SAR回波信号模型,并对其距离徙动和方位调频率的变化特性进行了分析;在此基础上,将二维可分离成像算法推广应用到了双基地SAR领域,解决了大斜视双基地SAR回波信号线性距离徙动补偿后方位调频率在方位向出现的空变性问题。算法采用了由平移不变双基地SAR几何关系所确定的新匹配函数,并考虑了3次相位项对成像效果的影响,改善了成像的效果。最后通过点目标仿真验证了算法的有效性。

双基SAR成像的点目标解析频谱研究

双基SAR距离徙动由于存在两个双曲线形式,使用传统的驻定相位原理方法难以解析得到双基下的目标二维频谱。该文总结了LBF方法,级数反演方法,利用双基成像几何的瞬时频率方法以及基于等效单基思想的DMO方法,并给出了必要的分析,给出了DMO方法和GBF的等效性,验证了在任意构型下级数反演方法和LBF的关系。通过不同双基构型下的点目标成像仿真结果详细分析了各种方法的聚焦性能。

先进双基SAR技术研究(英文)

该文展示了世界上几个重要的先进混合双基SAR实验。混合双基模式是指发射端和接收端分别装载于不同类型的平台,例如星载/机载,机载/静止平台,星载/静止平台等。近年来相继有若干混合双基SAR实验成功完成,主要包括TerraSAR-X/PAMIR,PAMIR/静止平台,以及TerraSAR-X/静止平台。此外,在TerraSAR-X/静止平台的双基模式下还验证了多基线干涉SAR(MB-InSAR)和数字波束形成(DBF)技术。值得强调的是,该文所展示的DBF实验结果属于世界上首次成功的基于在轨雷达卫星的DBF实验。

基于压缩感知的双基SAR二维高分辨成像算法

双基地合成孔径雷达(SAR)由于收发分置,具有广阔的应用前景,但常规的频域算法不仅面临距离史双根号问题,而且数据采集受Nyquist理论限制,数据量大。近年来提出的压缩感知(CS)理论指出,在一定条件下可以从很少的采样点中以很大的概率重建原始未知稀疏信号。本文将CS理论与双基地SAR模型相结合,提出一种基于CS的双基地SAR二维高分辨成像算法。该算法将二维随机降采样回波数据作为测量值,根据发射信号构造距离向测量矩阵,通过方位向多普勒相位因子构建方位向测量矩阵,利用CS恢复算法对目标进行了分维重建。仿真结果与性能分析表明,该算法在严重欠采样情况下仍能完好的重建原始目标,而且对噪声具有一定的鲁棒性和免疫性。与传统双基SAR成像算法相比,该算法具有更高的分辨率,成像结果峰值更加尖锐,峰值旁瓣比(PLSR)和积分旁瓣比(ILSR)都较低,而且采样率低、数据量少,具有一定的有效性和实用性。

星载双基地SAR系统模糊性

针对星载双基地SAR由双基地几何关系引入的新问题,提出了计算其模糊比的新方法和近似分解方法。利用此方法通过仿真计算对星载双基地SAR模糊性变化规律做了进一步研究。结果表明,因接收天线的面积限制,与其伴随飞行的大卫星SAR相比,模糊性问题更为严重,但变化规律基本一致。比较而言,由于小卫星天线尺寸在高度上更接近大卫星天线,在距离模糊比上相对大卫星SAR抬高得不多,而在方位模糊比上抬高较大。

星地双基地SAR时频同步技术研究

本文研究了只依靠直达波信号的星地双基地SAR的时频同步误差估计方法并对估计精度进行了讨论。首先对直达波信号进行建模和分析,再对传统的基于幅度的多普勒中心频率的估计方法在双基地SAR情况下进行了估计结果的修正,从而提出了一种时频同步误差的估计方法。最后推导并分析了接收信号的信噪比、系统载频和带宽等因素与估计精度的定量关系。结果表明,当先验信息较少时,仅通过直达波数据进行同步误差的估计是可行的。由于误差估计精度由信号的信噪比、信号带宽和载频频率等因素共同决定。因此,需要对系统参数进行合理的设计,以实现高精度的误差估计,从而实现同步误差的补偿,提高双基地SAR的成像质量。