一种新的GEOSAR快速零多普勒中心二维姿态导引方法

该文针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)提出一种新的2维俯仰–滚动姿态导引方法,可有效解决传统2维偏航导引方法用于GEOSAR时大偏航角的问题,更适用于具有大功率、大天线和大转动惯量的GEOSAR卫星。该方法应用于GEOSAR卫星时,不需调整偏航角,仅通过调整不超过±8°的俯仰角和滚动角,即可实现正侧视。相较于传统导引方法,该方法将卫星机动角度和时间减小至1/10左右,可大幅降低GEOSAR工程实施难度。该方法应用于不同轨道高度的SAR卫星时,均可实现残留多普勒中心值为0,具有普适性。此外,针对不同轨道高度SAR卫星,该文提出了姿态导引方法选择的参考依据。

一种适合GEOSAR成像改进的快速BP算法

针对原始BP算法计算量大的问题,根据地球同步轨道SAR合成孔径时间长,利于子孔径处理的特点,结合子孔径成像算法和去冗余BP算法提出了一种改进的快速BP算法,该算法在子孔径内就进行去冗余运算,相当于对一个合成孔径做了2次的子孔径划分,综合利用了两者运算速度使算法的速度进一步得到提高。仿真结果表明该算法极大提高了运算速度,也能实现良好聚焦,使得该算法更好地在工程上实现。

几种GEOSAR上成像算法比较

地球同步轨道SAR具备着低轨SAR所不具有的优势,然而其具有合成孔径时间长、慢速运动的特点,成像处理远比低轨SAR复杂。针对地球同步轨道"8"字形星下点轨迹的特点,结合现有的成像算法,对GEOSAR回波信号进行了建模,对成像算法的选择做了说明,主要分析了BP算法、RD算法、CS算法。最后在对三种算法分别仿真的基础上详细地比较了算法在地球同步轨道上的适应性、成像效果以及计算量。

GEOSAR舰船目标三维转动对检测信噪比影响分析

回波信号信噪比(SNR)是决定地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)舰船目标检测性能的关键指标。该文针对GEOSAR卫星与舰船目标超远作用距离导致的单脉冲回波低信噪比问题,具体分析了方位脉冲相干积累对舰船目标检测信噪比的提升,以及信噪比提升受舰船目标3维转动的影响,并通过实测数据处理和仿真实验得出了相关结论。

State-of-art of Geosynchronous SAR

Geosynchronous Earth Orbit Synthetic Aperture Radar(GEO SAR) runs in the height of 36000Km geosynchronous earth orbit,compared with traditional Low Earth Orbit(LEO) SAR(orbit height under 1000Km),GEO SAR has advantages of shorter repeat period,wider swath and so on.Firstly,the basic principle and state-of-art of GEO SAR in domestic and overseas are introduced.Secondly,coverage characteristic of GEO SAR is analyzed.Thirdly,the key problems of yaw steering and imaging on curved trajectory in GEO SAR are discussed in detail,and the corresponding primary solutions are presented in order to promote future research on GEO SAR.

基于分辨性能的GEOSAR凝视成像轨道优化设计

利用地球同步轨道合成孔径雷达(SAR)卫星对地覆盖范围广、轨道周期短等特点,结合波束控制技术可以实现对热点地区的长时间持续观测,即地球同步轨道SAR(GEOSAR)凝视成像。对于GEOSAR凝视成像系统而言,由于轨道高度大大提高,地球自转效应和地表曲率的影响更加显著,在对目标的持续观测过程中,分辨性能变化较大,甚至存在无法二维分辨的观测位置。为了保证卫星资源的利用率,需要通过轨道参数的优化设计,获得更长的二维高分辨观测时间。通过引入俯仰角,对传统成像几何模型加以改进,并推导了适用于GEOSAR的二维分辨率表达式。利用该表达式,分析不同观测位置的二维分辨效果,计算不同轨道参数设计对应的有效观测时长,并结合二维联合搜索的方法完成轨道参数优化。仿真结果说明该轨道参数优化流程可以为GEOSAR凝视成像系统提供有效的轨道参数设计方案。

考虑电离层对GEOSAR影响的改进CS成像算法

地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)轨道位置高且合成孔径时间较长,电离层的空时变化特性严重影响该雷达的聚焦性能。为解决电离层对GEOSAR成像聚焦性能的影响,提出一种改进的chirp scaling (CS)成像算法。结合GEOSAR的轨道运动特点,给出因电离层空时变化引起的回波信号模型,提出了改进CS成像算法用以解决电离层对成像聚焦性能的影响。仿真结果表明:该成像方法能较好地处理电离层影响,可获得理想的聚焦成像结果。该方法为GEOSAR实现高精度成像提供了技术支撑。

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。

同步轨道SAR参数分析及成像方法

针对地表信息探测及监控的地面遥感应用场合,利用同步轨道卫星对地观测重复周期短、可实时监控的特点,从概念、原理上对同步轨道合成孔径雷达进行了说明,对其参数设计方法进行了研究。在条带成像模式下对卫星相对运行轨迹和波束覆盖范围进行了重点研究,理论上分析和计算了卫星轨道及姿态对雷达成像斜视角及多普勒中心的影响。基于对中国地区地理的监测,设计了一组有效的雷达参数,对此进行了理论仿真,对GEOSAR成像中的距离多普勒成像算法和后向投影算法分别进行了对比和说明。通过数据仿真结果验证了本系统的有效性和可行性。

地球同步轨道星载SAR多普勒特性分析

该文推导了适用于任意轨道高度的星载SAR多普勒中心频率和调频率的精确公式,为中高轨SAR多普勒特性的研究提供了有效的方法。基于上述公式,分析了地球同步轨道SAR多普勒中心频率与低轨SAR的联系;研究了星载SAR多普勒调频率随轨道高度的变化和地球自转对同步轨道SAR和低轨SAR调频率的影响;探讨了同步轨道SAR多普勒中心频率和调频率的特征。通过数值仿真验证了推导公式和多普勒特性分析的正确性。

地球同步轨道SAR曲线轨迹模型下的改进CS成像算法

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度高,合成孔径时间长,直线轨迹模型不再适用,导致常规的基于直线轨迹模型的成像算法性能下降。该文根据GEO SAR平台的运动特性,使用高阶逼近建立了曲线轨迹模型下的斜距方程,并结合级数反演法,推导了GEO SAR回波信号2维频谱高阶近似表达式。然后在此基础上提出了一种适用于GEO SAR曲线轨迹模型的改进Chirp Scaling(CS)成像算法。仿真结果表明该算法的斜距方程精度较高,能够精确校正距离徙动,实现全孔径高分辨成像。

地球同步轨道圆迹SAR研究

该文介绍了地球同步轨道圆迹合成孔径雷达(Geosynchronous Circular SAR,Geo-CSAR)的概念,通过设计同步轨道的轨道参数,可以形成近圆的卫星相对地球轨迹,使SAR载荷的凝视成像模式成为可能,实现对地的大面积定点连续观测以及真3维信息获取;研究分析了Geo-CSAR的成像能力,指出其在瞬时覆盖度、连续观测范围及3维精确定位方面,具有现有低轨星载SAR无法比拟的优势,是实现全球不间断覆盖的有效途径之一,在军事侦察、灾害监测方面具有重要的应用前景。

一种适合地球同步轨道SAR的改进CS算法

地球同步轨道SAR具有一般低轨SAR所不具备的优势。然而其"8"字形的运动轨迹也给成像带来了困难,基于直线运动的成像算法将失效。针对这个问题,利用了聚焦性能比较好的CS算法并结合偏航牵引控制和弯曲补偿的方法把弯曲的孔径拟合成直线再进行成像。本文分别对地球同步轨道SAR偏航牵引问题,等效斜视角进行了研究,详细推导了斜视工作模型下基于弯曲补偿改进的CS算法,根据分辨率的需求对地球同步轨道SAR大合成孔径进行子孔径处理,最后通过仿真验证了算法的成像性能。

对流层对地球同步轨道SAR成像的影响研究

地球同步轨道SAR(GEO SAR)具有超长孔径时间和大覆盖范围的特性,使得传统低轨SAR成像中采用的对流层冻结模型假设失效。因此,需要考虑时变条件下的对流层效应对GEO SAR成像的影响。本文根据对流层中电磁波的传播规律,利用射线描迹法,分析了GEO SAR中相位误差的特点;并通过建立时变对流层影响下的GEO SAR回波信号模型,研究了对流层引起的GEO SAR图像偏移及图像散焦现象,并分析总结了相关影响的边界条件。最后,基于仿真数据,分析了对流层效应对GEO SAR成像的影响。

同步轨道星机双基地三通道SAR地面运动目标指示算法

基于分数阶傅里叶变换(FrFT)和多通道杂波抑制干涉技术,提出一种同步轨道星机双基地SAR地面慢速运动目标检测和参数估计方法。首先根据同步轨道星机双基地SAR的特点,给出该模式下杂波对消的DPCA条件;然后从系统空间几何模型和回波信号入手,详细推导了动目标聚焦成像、杂波抑制、动目标检测和参数估计的原理,最后通过计算机仿真,验证了该文算法的有效性。

地球同步轨道SAR曲线轨迹模型和成像算法研究

由于地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度高,地球自转对其影响较为严重,其相对地球的运动变得更为复杂,低轨SAR中的直线轨迹模型已不能精确逼近其真实成像几何,基于该模型推导的成像算法也不再适用。针对这一问题,本文首先根据GEO SAR平台的运动特点,使用高阶逼近模型建立了适用于GEO SAR长合成孔径时间的斜距方程,并结合级数反演法,推导出该斜距方程下的二维频谱高阶近似表达式。在此基础上提出了一种二维频域成像算法并分析了其运算量。该算法所有操作都由快速傅里叶变换和相位点乘完成,具有较高的效率。点目标仿真结果表明本文斜距方程精度较高,该算法能实现GEO SAR全孔径高精度成像。

大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)合成孔径时间长、观测范围大,易受到大气层效应时空变化的影响,使成像的聚焦质量和差分干涉处理精度严重下降。该文针对常规对流层和背景电离层等大气层缓变的干扰部分,建立了高精度时频混合GEO SAR信号模型,分析了不同大气层参数的时间变化率对成像质量和差分干涉处理精度的影响。针对大气层干扰中对流层湍流和电离层闪烁等随机扰动造成的影响,基于幂律功率谱模型,建立了大气扰动参数和成像质量的定量化分析模型,获得了大气层随机干扰的强度与成像评估指标间的关系。最后,通过仿真验证了模型的有效性,并分析了长孔径时间内缓变和随机扰动的大气层误差对成像和差分干涉处理质量的影响,仿真结果表明:L波段GEO SAR成像和差分干涉处理受时空变电离层干扰的影响十分严重,必须予以补偿;对流层干扰对其影响较小,仅当积累时间达到数百秒时才需要考虑它对成像性能的恶化。

地球同步轨道圆迹SAR三维分辨特性分析

针对地球同步轨道圆迹SAR(GEOsynchronous Circular SAR,GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。

基于Chirp_z变换与方位变标地球同步轨道SAR成像算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)成像距离向处理复杂,方位向空变性强问题,该文提出一种基于Chirp_z变换与方位变标的成像算法。首先在回波模型中考虑"停-走-停"假设带来的相位误差,然后给出目标点的斜距表达式,并利用泰勒级数对斜距进行了高阶展开,通过级数反演法得到信号频谱表达式,利用高效的Chirp_z变换校正距离走动,简化距离向处理,利用改进的变标因子校正方位向信号一次,二次,三次展开项系数线性时变性,并在方位频域内补偿变标操作引入的相位误差。仿真结果表明该算法能够实现地球同步轨道SAR聚集成像。

频率源误差对地球同步轨道SAR成像性能影响分析

频率源相位误差作为合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统的一种时间去相干因素,对不同SAR系统的成像性能影响不同。对于低轨单基SAR系统,频率源相位误差通常可以忽略。而地球同步轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)SAR系统具有更长的脉冲时延和合成孔径时间,此时频率源相位误差对成像性能的影响将不能被忽略。本文分析了频率源相位误差对GEO SAR系统成像性能的影响,并据此给出了GEO SAR系统对频率源相位特性的要求。