单/双站辅助的干涉仪标校与选站方法

传统的固定基线干涉仪多误差联合标校方法需要三个以上的标校站才能实现干涉仪的在轨实时标校,但是在标校站数量不足时传统方法性能将降低甚至失效。针对标校站数量不足的情况,本文提出一种固定基线干涉仪单/双站标校算法。在干涉仪与标校站之间存在相对运动的条件下,首先通过多次测量获得一组标校信号相位差,其次利用所得相位差列出关于干涉仪各项系统误差的方程组,最后使用Penrose逆矩阵辅助的迭代最小二乘法求解出各项系统误差值。仿真结果验证了所提算法的可行性。在此基础上,针对标校站选址对标校后干涉仪定位性能影响的问题,分解标校站选址的各项指标,通过数值仿真的方式,定性分析了标校站选址的各个参数对干涉仪定位精度的影响。分析结果表明,单站情况下位于星下点附近的标校站或双站情况下相距较远的两个标校站均能让标校后的干涉仪获得更优的定位性能。

无人机载双站干涉SAR系统关键技术分析与实验验证研究

双站干涉合成孔径雷达(SAR)技术可突破单站双天线干涉SAR的基线限制,获得更加灵活的基线构型,有利于提升干涉测量精度。无人机载双站干涉SAR机动性好、飞行成本低,具有很高的应用价值,也能为无人机载分布式干涉、三维成像等提供关键支撑,具有重要的研究意义。中国科学院空天信息创新研究院牵头设计研制了国内首套无人机载双站干涉SAR系统,并在内蒙古百灵机场开展了飞行实验。该文简要介绍了该系统方案设计、基本构成和主要性能,并重点介绍了该系统的空间、时间及相位同步和数据处理关键技术,然后介绍了首次飞行实验的方案和实施研究情况,最后给出了实验数据处理结果,验证了关键技术和该无人机载双站干涉SAR系统0.5 m高程测量精度等主要指标,为后续多无人机平台协同开展分布式干涉数据获取及处理研究提供了基础。

基于双站交叉无人机纯方位无源定位问题研究

发展无人飞行系统技术对推动我国相关领域关键核心技术研究水平,维护国家权益和捍卫国家安全具有重要意义,无人机定位功能是无人机自主导航的前提。针对无人机遂行编队飞行纯方位无源定位问题,利用三角定位法求解无人机坐标,运用基于“三点定圆”双站交叉定位法建立无人机无源定位模型。运用动态规划算法结合贪婪算法给出无人机调度策略,并以圆形和相邻间距相等的锥形编队为例给出具体调度方案。

双站与重轨InSAR数据融合获取DEM的方法

多样性InSAR数据融合是弥补单基线InSAR生成DEM所存在不足的重要手段。鉴于以往的融合研究大多基于相同InSAR系统构型与工作模式的同源数据,文章提出一种双站与重轨InSAR异源数据融合获取DEM的方法和处理流程,重点研究了融合区域识别、重轨干涉大气校正等关键问题。为验证方法的有效性,使用一对天绘二号双站干涉数据结合多个异源重轨干涉数据进行融合,开展获取DEM实验,并采用GNSS实测数据和WorldDEM对DEM精度进行了验证。结果表明,融合后的DEM解缠错误及叠掩、阴影导致的无效点数明显减少,融合后的DEM相比单基线天绘二号干涉生成的DEM高程精度提高了11.6%。

双站纯方位空时软约束无迹粒子滤波算法

针对双站纯方位机动目标跟踪中由信息不完全和非结构化测量环境导致的有界混合似然问题,提出空时软约束无迹粒子滤波算法。针对目标先验未知,利用光电经纬仪对极几何约束测量空间点,预测空间曲面中心计算转弯率;为覆盖多域似然,采用无迹变换技术更新目标状态,引入模糊测度调制重要性函数;为保持估计方差维数不变性,根据狄拉克后验采样提取目标状态。仿真结果表明,对于典型的双站经纬仪跟踪空域点目标,相比于Rao-Blackwell多模型粒子滤波,提出算法的计算复杂度与单模型粒子滤波量级相当;相比约束辅助粒子滤波算法,提出算法的滤波精度提高了27%~41%。

双站InSAR和ICESat-2测高相结合的西昆仑山近20年冰川物质平衡变化监测

山地冰川物质平衡是研究冰川变化的重要参数。自21世纪初,全球气候变暖背景下大部分山地冰川消融加速,而青藏高原西昆仑山冰川却呈现稳定甚至冰量增加趋势,被认为是“喀喇昆仑异常”的中心,但该地区近年来冰量变化是否仍延续正平衡趋势还存在一些争论。因此,本文利用新近发布的ICESat-2卫星测高和TanDEM-X 90m DEM数据,定量估算了2013—2019年间西昆仑山冰川厚度变化和物质平衡,并结合SRTM DEM、冰流速资料和Landsat光学影像分别分析了该地区近20 a冰川物质平衡变化趋势、冰川跃动情况和冰川面积变化。结果表明:①2013—2019年间,西昆仑山大部分冰川仍处于积累或平衡状态,物质积累速率为0.228±0.055 m w.e./a;②近20 a内,冰川整体呈正平衡趋势,但2013—2019年冰川物质年均积累速率大于2000—2013年(0.173±0.014 m w.e./a);③2013年后,冰川跃动仍广泛分布,发现5Y641F0046冰川首次发生跃动,西昆仑冰川东支和5Y641F0073冰川近20 a内一直处于活跃期,中峰冰川由2013年前的活跃状态转为静止且冰量开始增加。

一种基于双站协同的时差频差定位方法

在无源定位系统探测地球地面或海面目标时,考虑到目标在地球椭球面上,不能忽视地球曲率带来的影响。采用地球椭球模型,基于双空中观测站协同的时差频差无源定位方法,首先建立大地直角坐标系,然后利用双站接收目标的到达时差和到达频差信息,运用构建矩阵的方法解算一元四次方程,得出目标的大地直角位置坐标,并研究了双站的几何精度因子。相比四站时差定位算法,所提算法有更高的应用价值,为对远距离地面或海面目标无源探测提供了一种新的技术思路。

流场调制下的海面对全极化雷达双站散射的影响研究

从波作用量守恒方程出发,在积分方程模型的基础上,通过特征线法对守恒方程进行求解,推导建立了受波流调制的海面雷达双站散射模型,进行了受流场调制下的海面上半空间散射系数的仿真,分析了全极化下双站散射系数受流速变化的影响,以及风场与雷达参数(雷达波频率、雷达波入射角)对流场调制作用的影响。结果表明,随着流速的增大,海面后向散射空间半球区域的散射系数逐渐减小,在前向散射空间半球区域中,交叉极化下的散射系数变化较为明显。风速的增大和风向与流向的夹角增大会导致流场调制所引起的散射系数变化减弱。入射角变化会导致调制作用最明显区域的散射角度改变。随着频率的增大,流场调制作用增大。

ISAR双站雷达融合成像回波生成方法研究

针对双站ISAR雷达融合成像回波生成方式不能真实反映双站雷达数据特点,难以验证后续融合成像算法的实际成像性能等问题,提出一种将两部雷达不同位置同时采样转化为同位置不同时间的采样模型。考虑了两部雷达间采样不同步性、载频不一致性、初始相位的非相参性等实际问题,以两部雷达融合成像回波生成为典型实例,说明ISAR多雷达融合成像回波生成方法的通用性和可扩充性。

基于双站协同的目标时差定位算法

无源定位系统在探测远距离目标时,容易受到地球曲率的影响,在对多个观测站坐标系进行统一的过程还会引入额外误差,造成系统对目标的估计位置与真实位置存在较大偏差,进而给后续的数据关联、信息融合等造成严重的影响。鉴于此,提出了一种考虑地球曲率、基于双站协同的时差无源定位算法。首先将所有的地理坐标转换至大地直角坐标系下,然后利用双站接收目标的到达时差信息,基于地球椭圆方程和泰勒级数展开的方法解算出目标的大地直角位置坐标。理论分析与仿真实验表明,所提算法能克服地球曲率的影响,实现定位系统的坐标系标准化,且有效地降低了定位误差,为对远距离目标无源探测提供了一种新的技术思路。

等效电磁流一般和高阶表达式及其在双站散射中的应用

本文根据等效电磁流方法的概念，导出了求解物理光学场、边缘绕射场和总场的等效电磁流的一般表达式，它们可退化到目前已存在的各种等效电磁流公式；并提出了一种最佳的计算物理光学场的等效电磁流公式．根据半平面非均匀性电流的精确表达式，导出了一阶、二阶和三阶等效边缘电磁流的表达式．最后用本文导出的公式计算了菱形板的双站散射截面，计算结果和实验结果吻合良好。

复杂自然场景双站SAR成像模拟

以单站SAR复杂场景成像模拟的映射投影(MPA)算法为基础,实现三维投影和映射的双站SAR(BISAR)成像模拟。利用条带式BISAR成像的点目标响应解析表示式,在计算得到散射系数图后,模拟BISAR原始信号的产生与压缩,以模拟BISAR图像。经过对虚拟场景的BISAR成像模拟,讨论BISAR对植被、建筑物等复杂地物观测及其与单站SAR的对比。

双站散射模式响应的分析与应用

基于电磁散射积分方程求解的矩量法,将入射和散射的平面波分解成含有Bessel函数的模式叠加,提出了目标双站散射模式响应的概念,得到目标远场双站雷达散射截面(RCS)与模散射响应之间成傅立叶变换的关系。根据基函数的性质阐明了模散射响应矩阵具有带限低通特性、互易对称性和近似成对角分布稀疏特性。模式散射响应是与外在观测角无关的目标内秉属性,对目标识别有着重要意义。利用稀疏特性等性质和快速傅里叶变换,可高效快速地计算目标双站RCS。

复杂目标近场双站RCS的建模方法

采用远场双站雷达散射截面计算方法进行复杂目标近场双站雷达散射截面的预估。在近场条件下,入射波是球面波照射,不满足远场条件。因此,通过把电大尺寸复杂目标剖分成若干电小尺寸的多边形面元,使每个面元满足远场条件,应用物理光学法和增量长度绕射系数法来求解单个面元的双站雷达散射截面,同时考虑天线方向性因子对近场的影响,可获得复杂目标总的近场双站雷达散射截面。利用该方法可以有效地完成复杂目标近场双站RCS估算。

星载双站SAR地面场景回波仿真

双站SAR回波仿真利用小面单元模型和Kirchhoff双站后向散射模型,给出了地面场景后向散射系数的计算方法;为了保证双站SAR精确的相位信息,在时域中模拟双站SAR回波。根据实际的DEM数据进行了计算机仿真,对仿真数据进行成像和干涉处理,结果表明,该方法能够逼真地模拟地面场景的双站散射特性和相位信息。

高频区目标小角度双站散射特性的可视化电磁分析

根据对目标在高频区小角度双站散射特性的分析,对目标小角度双站散射特性展开等效单站可视化研究。可视化电磁计算方法是一种非常有效的分析高频区目标单站散射的方法,文章将该方法的应用面拓展到小角度双站散射研究,通过实例计算,验证了该方法具有工程计算的有效性。

双站SAR图像的极化分析

该文对双站SAR(BISAR)模拟图像不同地物的极化特征分析,发现传统单站极化特征参数(α,β,γ)在BISAR图像上不再能有效地表现地物散射的极化特征。由此,提出了统一双站极化基变换,重新定义了极化特征参数α,β,γ,使其保持原有的分离取向关联等优点。经统一双站极化基变换后,不同地物散射的极化特征更明显,重新定义的α,β,γ能反应不同散射机制,提供了BISAR图像解译和地表分类的初步手段。

单双站合成孔径雷达成像回波等效变换误差分析

双站合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的回波距离历程比单站SAR复杂,导致双站SAR的Chirp Scaling算法的三个成像因子的推导困难,计算量大.现在的诸多双站SAR处理方法是针对双站SAR回波特性进行处理,文中通过双站SAR距离历程变换和引入收发双站速度比因子,将双站SAR回波等效为单站SAR回波进行处理,并对等效误差在双站SAR平飞移不变模式和移变模式下进行了分析,为双站SAR成像等效变换处理的参数选取提供了指导.

改进的双站SAR线性调频尺度成像算法

双站合成孔径雷达(SAR)具有隐蔽性和反侦察等优点,但对于双站SAR方位向移变结构的成像研究较少。本文提出了一种基于双站平飞移变模式下改进的双站SAR线性调频尺度成像算法(CS)。该CS算法利用了一种将双站回波等效为单站回波处理的简化方法,引入了收发双站速度比因子,可在双站速度比值不超过1.5的情况下较好地成像,并通过仿真和对实际数据的处理验证了算法的有效性。

机载双站合成孔径雷达模糊函数分析

针对机载双站合成孔径雷达的几何构型,推导了任意构型双站SAR模糊函数的表达式。根据该表达式,对单站、平行双站和任意构型双站SAR系统的模糊函数进行了仿真分析。仿真结果表明:单站SAR的模糊函数仅由发射信号的带宽和天线尺寸决定,双站SAR的模糊函数受到其几何构型、接收机、发射机各自速度的影响,而且还和目标点的位置有关。仿真结果验证了该函数的正确性,为双站SAR的构型设计提供了依据。