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。

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。

微纳InSAR卫星总体技术研究

微纳合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)卫星是对地定量化遥感的重要手段。开展了微纳InSAR卫星系统总体技术研究,给出了使得干涉测量覆盖范围最大的双星编队构型设计方法,建立了低燃料消耗双星轨道参数设计准则,提出高功能密度比InSAR卫星系统的设计方法,包括载荷平台一体化、卫星高集成模块化等总体设计方法,并给出了相应的设计实例。

InSAR卫星编队构形多约束优化设计方法研究

基于e/i矢量表示的编队卫星相对运动学方程,根据合成孔径雷达干涉(InSAR)卫星成像过程中测量基线长度、安全防撞等约束,给出了可实现全球测量的高、低纬度编队构形优化设计方法。仿真结果与理论分析相符。该编队构形方法充分考虑了InSAR卫星的成像特性及编队卫星的构形长期安全性约束,可减少编队卫星构形保持次数,为InSAR卫星编队飞行控制和工程实践提供依据。

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。

天绘二号双星方位向天线方向图在轨测量关键技术

对星载SAR天线方向图进行在轨测量,是进行星载SAR定标、性能调优以及指标测试必不可少的环节。实际测试中通常将SAR天线方向图分为距离向和方位向分别测量。天绘二号卫星组由两颗卫星构成,在轨测试初期,两颗卫星采用一前一后间隔约40 km的跟飞模式,并各自工作于SAR模式以便于分别进行单颗卫星的定标、调优与测试。在进行方位向SAR天线方向图测试时,出现了地面接收机中两星信号交叠在一起的情况,导致现有的针对单颗SAR卫星设计的方位向天线方向图测试方法难以直接使用。针对这一问题,本文提出了一种高效的全自动的双星方位向天线方向图信号分离方法。在对地面接收机信号进行建模与分析的基础上,提出了基于关键脉冲上升沿提取、脉冲位置估计、脉冲幅度估计3个主要部分的信号分离方法,实现了地面接收机中两星信号的分离。在实现信号分离的基础上,后续方向图测量可按照传统单星的测量方法进行,试验结果表明本文方法的有效性。该方法保证了天绘二号卫星在轨测试的顺利进行,并使得测试效率相比于每颗星单独测试得以翻倍。该方法可用于未来相似型号卫星的在轨测试中。

用于地质灾害评估的遥感新工具和技术

由于精密传感器的不断发展和数字图像处理技术的改进,地球表面遥感在地质学中的应用日益增加。在这里,我们着重于能够为地质灾害调查提供高分辨率数据的新遥感工具和技术。这些包括机载成像系统,如无人机(无人驾驶飞行器)和激光雷达(光探测和测距),以及地球轨道卫星上的新雷达传感器。我们强调先进合成孔径雷达干涉术(InSAR)技术的应用,即多时间干涉术(MTI)。有了目前(自2014年以来)欧洲航天局(ESA)Sentinel-1任务提供的免费图像,MTI现在可以更经济地长期(多年)、定期(每周—每月)、精确(毫米)测量大面积(数千平方公里)的地面位移。反过来,这意味着提高了对滑坡/边坡失稳、地震和火山灾害的探测和监测能力。