FMCW体制毫米波SAR星座未来应用方法初探

近年来,随着天基遥感应用需求的不断多样化,具备干涉测高、干涉测速等能力的多星合成孔径雷达(SAR)组网系统概念面临工程化实现的难题。为降低组网星座成本和规模,提升工程可实现性,提出了双星调频连续波(FMCW)体制毫米波SAR系统概念,并针对其中星间同步、内定标、星间数据传输等关键问题进行了详解。在双星系统的基础上,设计了多星组网拓展方式,使系统具备了高分宽幅、干涉测高、干涉测速等能力,为未来SAR星座应用方法研究提供参考。

毫米波SAR卫星未来发展展望

合成孔径雷达(SAR)是一种主动微波遥感设备,具有不受天气、气候影响的优势,具备全天时、全天候观测的能力,在全球测绘、自然灾害防治等领域得到了广泛的应用。目前在轨SAR卫星主要频段为L、C、X、Ku等,毫米波(Ka)SAR卫星因易实现超高分辨率、系统体积小、重量轻等优点已成为未来SAR卫星的发展热点之一。本文分析了毫米波SAR卫星的特点,综述了其发展现状,阐述了其主要应用方向,展望了毫米波SAR卫星技术的发展趋势。

FMCW体制毫米波SAR实时信号处理方法研究

与脉冲体制合成孔径雷达(SAR)相比,调频连续波(FMCW)体制SAR具有体积小、重量轻、分辨率高、功耗低和低截获等一系列优点,目前小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制。FMCW SAR在整个脉冲重复周期内都发射信号,其信号占空比达到了100%,为了减小数字接收机采样带宽,降低数据率,FMCW体制毫米波SAR一般采取解线频调接收的方式,但其数据量依然很大,而且机载平台受到气流的影响,运动误差很大,需要迭代估计与补偿,给实时处理模块带来了很大压力。为了提高整个机载FMCW SAR系统的信号实时处理性能,需要在算法层面进行改进。提出了一种两次子孔径误差估计和全孔径误差拼接补偿的FMCW SAR实时成像算法,使用相位梯度自聚焦(PGA)算法和图像偏置(MD)算法级联提取子孔径误差;然后进行子孔径误差拼接成全孔径误差补偿原数据,两维脉冲压缩后完成图像聚焦,提高了FMCW体制毫米波SAR成像算法的效率;最后使用机载Ka波段FMCW SAR实测数据,验证了该算法的有效性。

脉冲体制毫米波SAR多通道信号处理方法研究

为实现高分辨率、宽测绘带的综合观测目的,以毫米波频段多通道合成孔径雷达(SAR)信号模型为基础,对同时具备距离多通道、方位多通道的SAR成像处理流程进行分析,针对非均匀通道重构容易受到姿态误差影响的问题,引入惯导设备姿态数据实现参数校准,并基于上海卫星工程研究所Ka频段多通道SAR机载挂飞数据完成方法验证。数据处理结果表明:通过二维多通道数据处理,能够有效改善欠采样下的SAR图像方位模糊特性并优化噪声特性,提升图像可判读性。研究结果可为毫米波多通道SAR成像系统的研制与应用处理提供参考。

自适应分块的改进最小费用网络流解缠算法

相位解缠是进行精确差分干涉测绘的关键步骤,在相位解缠算法中,最小费用网络流(MCF)是当前常用的算法,该算法具有精度高、限制残差点误差扩散、优先将误差限制在低相干区域的优点,但随着残差点数量的增多,其计算效率也随之降低。改进的MCF算法通过对其做分块,有效提升了算法效率,但块尺寸的选取影响最后的准确度与效率。本文提出一种自适应分块的改进MCF解缠算法,通过自适应寻优的方式选取合适的分割块,将相干性较高的点集中在同一块内,使得在准确度不受过多影响的情况下有效地提升算法效率。

双星Ka波段调频连续波SAR技术研究

为了实现星载合成孔径雷达(SAR)轻小型化,可将调频连续波技术和SAR技术相结合实现硬件需求的降低。本文给出了双星Ka波段调频连续波合成孔径雷达(Ka FMCW SAR)的系统方案和参数设计,通过噪声等效散射系数(NESZ)、距离模糊(RASR)、方位模糊(AASR)的参数仿真和成像结果分析证明该系统设计是可行的。同时,对双星Ka FMCW SAR系统也初步考虑了星间同步和内定标技术。在之前研究的机载Ka FMCW SAR成像算法的基础上,提出使用改进的ωk算法进行多点目标成像仿真,系统参数仿真和成像仿真结果表明了对所设计的Ka波段双星FMCW SAR系统的可行性。

一种顺轨干涉SAR时变平地相位去除方法

顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR),可以利用2幅SAR图像的干涉相位信息实现对动目标的检测和径向速度的测量。在实际情况下,由于平台和天线相位中心的不稳定,干涉基线的倾角变化会导致时变的交轨基线分量,从而引入平地相位干扰运动目标的检测和测速,需要去除其影响。针对此问题,提出一种基于回波数据的时变平地相位去除方法。该方法通过最小二乘法估计出基线在平地相位中的影响系数,再反演出估计的平地相位值,从而在干涉相位中进行去平地相位,提升了运动目标的检测和测速性能。通过仿真实验验证了理论公式的正确性,并计算了误差。