一种天基双基地InSAR系统的相位同步方法及验证情况

以德国的TanDEM-X双星编队干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星系统为背景,提出了基于点频连续波同步信号双向对传,实现编队卫星InSAR系统相位同步的方法。文中给出了该同步方法实现的框架,对该相位同步方法的原理进行了理论推导,得出了补偿相位差的表达式,并对影响同步精度的因素进行了初步的分析。该方法可用于天基双/多基地合成孔径雷达系统相位同步链路的设计,仿真分析的结果验证了该方法的理论可行性。此外,通过搭建实物系统对系统的工程可实现精度进行了验证,结果表明获取的载波频率相位同步精度与倍频器件的频率精度和一致性密切相关。该相位同步方法为与TanDEM-X相近InSAR系统的设计提供参考。

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。

基于多目标蚁狮优化算法的月球InSAR卫星编队构型设计

本文研究了月球干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)卫星编队构型设计问题。首先,建立了基于相对偏心率/相对倾角(eccentricity/inclination,E/I)矢量的月球InSAR卫星相对动力学模型。然后,研究了月球轨道摄动环境下的编队飞行长期稳定飞行条件。进一步,以相对测高精度和模糊高度为优化指标,同时考虑星间安全性,给出了月球InSAR卫星编队构型优化的目标函数。针对现有的研究方法难以解决构型设计的多目标问题,应用改进多目标蚁狮优化算法实现了月球InSAR卫星编队构型设计。仿真结果表明,其在基线使用率方面更优,从而验证了所提算法的适应性和有效性。

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

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。

卫星编队InSAR基线的确定方法

基于卫星编队的InSAR系统是一个多基雷达系统,依靠卫星编队构型形成干涉所需的基线。在卫星编队的InSAR系统中,由于参与编队的各卫星相对位置不断变化,故其基线值也在不断变化。在动态变化中基线测量所得的基线一般是某一时刻两颗卫星雷达天线相位中心之间的连线,不能直接用于高程测量,需要对基线重新进行确定。本文在分析了需要基线确定原因的基础上,提出了基线确定的方法,并分析了基线误差对InSAR高程测量精度的影响。

编队卫星InSAR系统的相位同步分析

编队卫星InSAR系统属多基雷达系统,依靠编队卫星构型形成干涉所需的基线。一发多收工作模式下的编队卫星InSAR高程测量系统,协同工作的雷达间必须建立时间同步、相位同步和空间同步,其同步精度将影响InSAR系统的功能与性能。三大同步中,相位同步误差直接影响SAR复影像的相位误差,从而影响系统的高程测量精度。本文根据编队卫星条件下SAR成像的要求,对相位同步的要求进行了分析,并给出了由于相位不同步所引起的相位误差对InSAR高程测量精度影响。分析结果表明,编队卫星InSAR系统对于相位同步的要求包含两个方面:一是为保证被动雷达能够对回波实现相参成像,在整个合成孔径时间内,主动和被动两个雷达在载波相位上必须保持确定和可知的关系,且其差值随系统距离向分辨率的不同必须限定在一定范围内;二是在整个干涉数据的录取时间里,主动和被动两个雷达载波相位同步误差不能超过高程测量的精度要求所允许的误差。

基于卫星编队InSAR系统误差源分析

误差源分析是一个系统产品精度保障的前提条件。介绍了InSAR高程测量的基本原理;根据基本原理,从影响高程测量精度的基线长度、基线倾角、相位差、雷达天线到地面目标点的距离以及雷达天线高度等5个要素着手;依据这5个要素的产生过程,结合基于编队卫星InSAR系统的特点对系统的误差源进行了研究;最后较系统地分析出了影响编队卫星InSAR系统的误差源。

基于卫星编队InSAR系统相位误差分析

InSAR系统根据两幅相干复影像的相位差进行高程测量,相位精度是影响系统高程测量精度的主要因素之一,通过相位误差分析,以达到减小误差的目的。在介绍了InSAR高程测量基本原理基础上,结合基于卫星编队InSAR系统的特点,依据两幅复影像的相干性对相位误差的影响情况,从影响雷达接受信号的相干性为切入点,分析了影响卫星编队InSAR系统的相位误差源。经研究得出主要误差源为热噪声等设计误差、空间同步和相位同步引起的误差,以及数据处理干损引起的误差。并对其影响和要求进行了分析。

考虑基线去相关的编队InSAR测高精度分析

针对主星带辅星群编队InSAR的双站、斜视、空间基线等特点,首先建立绝对测高误差与相对测高误差模型;重点分析了基线去相关对干涉相位误差的影响;对干涉车轮和钟摆编队的测高性能、对测高精度与基线矢量的关系进行仿真分析;其次与两种经典近似几何关系下的测高精度分析进行对比。仿真结果表明:干涉测高精度必须考虑基线去相关的影响;相对测高精度明显优于绝对测高精度;经典近似几何给分析测高精度带来很大误差。

卫星编队InSAR系统分辨率设计

依据脉冲信号压缩技术,从SAR成像理论出发,在介绍了SAR分辨率定义的基础上,分析了影响基于卫星编队InSAR系统分辨率的原因是存在距离向和方位向基线。在成像处理时,为了确保干涉相位精度,需进行去相关预滤波处理,由此引起系统成像带宽变窄,分辨率下降。依据影响分辨率的原因,提出了基于卫星编队InSAR系统分辨率设计思想,并根据该思想对分辨率的影响情况进行了分析。

编队卫星INSAR系统中天线指向误差对天线方向图的影响

在编队卫星INSAR系统中,为了实现干涉测量,参与干涉的合成孔径雷达的天线波束必须能同时覆盖同一照射区,实现空间同步。但由于各种干扰力矩的作用,天线指向会产生误差。分析了卫星姿态误差引起的天线指向偏离和由此带来的有效天线方向图的改变,对系统性能的分析提供理论依据。

基于InSAR任务性能要求的编队轨道构型设计

为使卫星在飞过特定经纬度地面上空时对应特定的空间基线形式,系统的其他参数常受制于诸多限制,只有编队构型可以进行更为自由的设计。以双星编队为例,研究了基于轨道摄动理论的编队飞行模型;分析了编队飞行InSAR卫星的轨道设计约束条件与设计目标;提出了四种轨道构型方案并对其测高性能进行比较;并分析了地球扁率摄动因素对编队构型及InSAR测高性能的影响。

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.

基于SBAS-InSAR的合肥市地面沉降监测研究

文章采用短基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术对Sentinel-1A卫星升轨数据进行处理分析,对合肥市地面形变开展监测研究。结果表明:合肥市地面形变状态较为平稳,大部分地区地面年平均形变速率在-4~4 mm/a之间;年平均形变速率超过10 mm/a的显著沉降区和抬升区各5处,其中高新技术产业开发区附近具有最大沉降形变速率,形变速率为-24 mm/a,沉降量为31 mm;竹溪站附近具有最大抬升形变速率,形变速率为12 mm/a,抬升量为20 mm。综合分析表明,合肥市地面沉降主要受断裂活动控制,后期受工程建设扰动较大,而地面抬升区分布主要受工程扰动控制。

卫星编队InSAR系统一站双星数据接收可行性探讨

在双星编队条件下，单个地面站的接收天线能否同时接收两颗卫星同步下传的数据，关系着卫星效能的发挥和地面系统建设成本的多寡。本文通过链路计算分析和卫星间距计算仿真，定量分析了双星编队卫星干涉合成孔径雷达（InSAR）系统中Ka频段数传一站双星数据接收的可行性，并给出分析结果。

卫星编队InSAR基线分析

在卫星编队的InSAR系统中，由于参与编队的各卫星相对位置不断变化，故其基线值也在不断变化，导致InSAR数据处理的难度增加，因此，需要对基线进行具体分析。本文在总结了卫星编队InSAR基线特点的基础上，分析了基线误差对InSAR高程测量精度的影响，简要介绍了基线测量的方法。

基于SBAS-INSAR的德兴矿区沉降监测与分析

以江西省德兴市矿区为例,采用小基线集技术即广域差分增强系统-干涉雷达(Satellite-Based Augmentation System-Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术处理该区域2018年12月29日至2019年12月24日共30景升轨哨兵1号(Sentinel-1A)数据,对该矿区进行地表沉降分析。研究结果表明,研究区内有三处明显沉降,分布在研究区的西南部、东南部以及北部,其中西南部沉降最为严重,最大年平均沉降速率为490 mm/a。针对沉降较为严重的区域选点进行特征点时序分析,结果表明,选取的特征点随着时间的推移其累积沉降量逐渐增大,并在研究时间跨度之内没有减缓的趋势,矿区持续开采诱发的地面沉降会给地质结构和周围居民的生活产生一定影响。

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。