编队卫星SAR回波多普勒频率特性分析

针对以编队小卫星为平台的合成孔径雷达(SAR)应用系统,给出了一种推导多普勒频率解析公式的方法.该方法利用编队卫星与地面目标之间的空间几何关系及编队卫星之间的相对运动,以SAR系统参数、主星轨道根数、编队构形及目标运动参数等为前提条件,通过多个坐标系之间的相互转换,将地面目标与编队卫星的运动矢量统一在地心赤道坐标系内推导了目标回波的多普勒频率表达式.分析了回波多普勒中心频率及多普勒调频斜率的特性,通过仿真验证了从星轨道根数计算公式及多普勒频率计算公式的正确性,为进一步研究编队卫星SAR系统参数设计和选择奠定了基础.     

三星编队干涉SAR测高的星间相位同步链路设计

对于三星编队干涉合成孔径雷达(SAR)地形测高,文中利用精确的Hill方程对卫星相对轨道和星间基线进行定量分析。首先,根据沿航向基线和垂直航向基线的约束确定三星编队,并同时干涉测高的工作区间;然后,根据喇叭波束宽度和三星的相对位置关系,正确切换相位同步喇叭,建立主星和两颗副星间相位同步链路,以获取两颗副星SAR成像所需的相位同步信息。其结论可为多星编队干涉SAR系统设计提供有益参考。     

分布式星载干涉SAR基线设计与性能分析

基于线性化开普勒方程给出了分布式SAR卫星的轨道要素计算公式,分析了分布式星载干涉SAR的高程测量精度、速度测量精度以及改善空间分辨率的性能指标,建立了分布式SAR卫星的空间几何模型,结合编队构形设计进行了极限基线分析;在此基础上提出了一种通用的三维编队飞行分布式星载干涉SAR基线设计方法.基于L波段分布式SAR卫星进行了编队轨道参数设计,给出了干涉基线的仿真结果,并通过系统性能分析验证了基线设计方法的有效性.     

主星带小卫星分布式SAR干涉的相对测高精度分析

相对测高精度是干涉SAR测高性能的重要指标之一。该文根据主星带小卫星分布式SAR系统的实际空间几何条件下建立了干涉测高原理;基于相对测高几何,推导了相对测高精度与干涉相位误差的关系式;理论分析了基线去相关、图像配准误差去相关、热噪声去相关等,并推导了图像相关系数;最后,仿真分析了图像去相关因素对于主星带小卫星分布式SAR干涉的相对测高精度影响。结果发现:对于平坦地形来说,热噪声与配准误差是影响相对测高精度的主要因素,而基线去相关影响相对较小。     

直接地理编码与星载干涉SAR测高不确定度的等效性分析

现有的考虑地球曲率影响的INSAR测高模型主要有星载干涉SAR测高模型和直接地理编码两种。星载干涉SAR测高模型首先利用SAR干涉获取非模糊干涉相位,然后根据考虑地球曲率的空间几何关系直接计算地形高度。而直接地理编码模型则是在SAR干涉获取非模糊干涉相位的基础上,利用两个斜距方程和一个多普勒方程给出地面点的3维坐标值。由于两种模型得到地形高程的途径不同,因此很难直接比较这两种模型的地形测高不确定度。该文在采用矩阵形式推导出直接地理编码模型地形高程不确定度显示表达式的基础上,通过引入斜距平面坐标系,定量化地证明了直接地理编码模型的高程测量不确定度公式与考虑地球曲率的SAR干涉测高模型的测高不确定度公式是相同的,从而说明了这两种模型在用于地形高程测量时具有相同的精度。最后采用计算机仿真验证了理论分析的正确性。     

等效斜视距离模型在星载LEO-SAR中的精度分析

该文旨在研究等效斜视距离模型在低轨星载SAR高分辨率情况下的适用性,并分析其最佳性能——即该模型适用的最长合成孔径时间及对应的最高分辨率。该文首先通过建立精确的"星-地"几何模型推导出具有较高精度的多普勒中心和多普勒调频率计算公式,进而通过多普勒参数反演得到等效斜视距离模型。通过与数值方法得到的斜距信息比较,可以得到该距离模型拟合结果的误差,当该误差在p/4阈值之内,图像就不会散焦。利用该思想,该文以TerraSAR-X参数为例,分析了等效斜视模型可以适用的最长合成孔径时间及对应的最高分辨率。该文结论给一般的低轨星载SAR距离模型分析提供了一种普适的方法。     

主星带伴随小卫星编队系统的AT-INSAR基线研究

对于小卫星编队雷达系统来说,基线是编队构形设计的关键,本文主要从AT-INSAR(Along Track Interferometry Synthetic Aperture Radar,简称AT-INSAR)测速精度方面来分析基线:首先根据小卫星编队空间几何关系,建立了空间基线的模型;接着建立了主星带伴随小卫星编队雷达系统AT-INSAR模型;基于这两个模型,分析了空间基线对于测速精度的影响;最后以"干涉车轮"为例仿真分析了空间基线对于AT-INSAR测速精度的影响,得到了有用的结论.     

一种基于持续运动模型的星载SAR几何校正方法

几何校正是星载SAR地面处理的重要环节,几何校正精度对SAR图像的应用有着至关重要的影响。该文分析了传统星载SAR几何校正中卫星"停-走"模型近似对几何定位精度的影响,建立了卫星持续运动模型下的距离多普勒方程,并提出了持续运动模型下校正方程的简化求解方法。仿真实验和北京地区实际数据几何校正试验验证了该方法的有效性和正确性。     

干涉Cartwheel获取高精度DEM的联合校准技术

干涉Cartwheel能利用编队卫星间的空间基线进行干涉测高,并通过干涉定标技术获取精确的数字高程模型。现有的干涉定标技术不能充分利用干涉Cartwheel的空间编队构形,且受空间测量手段的限制,编队构形的获取精确度低,利用起来难度较大。文中首先利用干涉Cartwheel的几何构形,建立了编队构形误差和平台系统参数误差之间的关系,然后联立各干涉平台的敏感度方程,利用空间构形误差和参数误差的互相耦合,一次对各干涉平台获取的数字高程模型进行地形联合校准。仿真结果表明了该算法的有效性。     

一种主星带小卫星分布式SAR系统的多基线干涉测高方法

针对主星带小卫星分布式SAR系统进行多基线干涉测高的优越性,本文提出了一种多基线干涉测高方法。先从干涉测高原理入手,分析特征量ψ对于绝对测高精度的影响;利用第三颗小卫星接收的回波得到另一个干涉相位,消除掉原来的特征量ψ,建立了多基线干涉测高原理,并推导了所有特征量对于绝对测高精度的误差传递;最后,仿真结果证明本方法是有效的。     

Ocean wave imaging using an airborne single pass across-trackinterferometric SAR

An airborne single pass across-track interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is used to image ocean waves. A theoretical model explaining the imaging mechanisms is developed, and simulations of the interferogram as well as the conventional SAR intensity image are presented for given ocean wave spectra. Distortions of digital elevation models (DEM) derived from InSAR data are explained by the motion of the sea surface. A Monte Carlo method based on forward simulations is used to estimate variance spectra of the distorted elevation models. It is shown that a straightforward estimation of wave height using the distorted InSAR elevation model is in good agreement with true wave height for low amplitude swell with about 10% error depending on propagation direction and coherence time. However, severe underestimation of wave height is found for wind seas propagating in flight direction. Forward simulations show that the distorted InSAR DEM is less dependent an the model chosen for the real aperture radar mechanism than conventional SAR images. Data acquired during an experiment over the North Sea by a high precision InSAR system are compared with simulations     

F. Leberl模型与干涉测量模型相结合的InSAR影像区域网平差

为解决西部测图中缺少控制点的问题,提出了一种新的干涉合成孔径雷达(InSAR)影像区域网平差方法.该方法将F.Leberl模型与干涉测量模型相结合,并采用交替趋近与LDL’稀疏矩阵分解技术求解大规模法方程.实验结果表明,与传统的基于F.Leberl模型的平差方法相比较,提出的方法精度更高.由于新模型中增加了三个定标参数,因此能够同时实现多航带幅度图像以及数字高程模型(DEM)的联合平差.最后结合实际机载InSAR系统参数对影响平差精度的因素进行了详细的分析.     

基于StereoSAR辅助的InSAR DEM重建方法研究

StereoSAR与InSAR是两种利用合成孔径雷达图像重建DEM的关键技术。InSAR利用SAR干涉像对的相位信息重建高程,具有DEM重建精度高的特点,但DEM重建精度受环境、时间等失相干因素影响较大;StereoSAR是利用SAR立体像对的幅度信息重建高程,尽管DEM重建理论精度比InSAR差,但受失相干因素影响小,并且可以在缺乏外部辅助高程信息时获取绝对DEM。在传统的InSAR处理中,干涉条纹密集区域相位解缠难度较大,存在相位解缠错误和错误传播现象,且在没有地面控制点或外部DEM的时难以获得绝对DEM。文中提出了一种迭代式的基于StereoSAR辅助的InSAR高精度DEM重建方法,该方法可以在缺乏外部高程信息时获得绝对DEM,降低干涉条纹密集区域相位解缠的难度,提高DEM重建精度。采用文中所提方法、传统InSAR方法及公开DEM辅助InSAR DEM重建方法,分别在地形复杂与平坦区域进行DEM重建,并用ICESat/GLAS及TanDEM-X DEM进行精度评估。DEM重建结果验证了文中所提方法的有效性,所提方法的DEM重建精度优于传统InSAR方法且与公开DEM辅助InSAR DEM重建方法精度相当。     

平地假设与残余运动误差对机载重轨干涉SAR系统性能的影响分析

对合成孔径时间长、方位空变误差大的重轨干涉SAR 进行成像时,为简化时域算法模型而引入的平地假设和由导航系统精度而引入的残余运动误差会对成像及干涉测量产生影响。该文针对平地假设引入的高程误差和导航系统精度引入的残余运动误差进行了系统分析,对其在单次航过中引入的成像距离历程误差进行建模,从理论上分析了其对平面定位、干涉相位及DEM 精度的影响,最后通过仿真及实测数据实验验证了理论分析的正确性。该文的分析结论为机载重轨干涉SAR 系统设计和信号处理提供了理论依据。      

星载多基线InSAR理想相位图的快速仿真方法

针对星载多基线干涉合成孔径雷达(InSAR)系统,该文研究并提出了基于数字高程模型(DEM)数据、卫星轨道和基线信息的干涉相位的快速仿真方法。利用前向地理编码进行星载InSAR几何约束下的DEM模型匹配,完成多基线InSAR干涉相位生成,并通过多项式近似和混合迭代实现对模型匹配过程的优化。理论分析和仿真实验表明,该方法在显著提高计算效率的同时,保持了较高的相位生成精度,并且对复杂DEM模型有很好的迭代收敛性,适于实现对大场景复杂地形的星载多基线干涉相位快速仿真。     

一种用于InSAR/INS组合导航的姿态角反演方法

平台的姿态信息对导航十分重要,但合成孔径雷达辅助惯导系统无法获得平台的姿态信息,单天线GPS（Global Positioning System）无法完成姿态测量的需求.针对以上问题提出基于条纹匹配的干涉合成孔径雷达辅助惯导的组合导航方法,该导航方法中干涉合成孔径雷达系统对平台的姿态角比较敏感,可以高精度地反演平台的姿态信息.本文通过分析平台的姿态误差对定位误差的影响,建立姿态角反演模型,根据条纹匹配得到的定位偏移结果,利用Levenberg-Marquardt（LM）算法求解非线性方程组完成平台姿态角的反演.最后通过仿真和干涉合成孔径雷达实际数据验证了姿态角反演模型的有效性.     

Interferometric SAR image restoration using Monte Carlo metropolismethod

We present a novel method of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) image restoration. An InSAR image is modeled as a complex-valued Markov random field (CMRF). Corrupted parts, which are indicated by residues in phase data, are restored by using the Monte Carlo Metropolis (MM) method based on their uncorrupted neighbor's CMRF parameter values. The system is implemented as a complex-valued neural network. The restoration process reduces the residue number, which is useful in the phase unwrapping process. The advantage of the method is demonstrated in the unwrapping process of an InSAR image that contains highly dense residues     

顺轨双天线机载InSAR的地面运动目标检测研究

基于高分辨率顺轨双天线机载InSAR,研究了地面运动目标检测问题。采用双通道干涉处理,抑制地面静止杂波。针对高分辨率InSAR合成孔径时间较长的特点,将运动目标成像处理的概念引入运动目标检测过程,对运动目标信号实施距离徙动校正后,再聚焦成像,从而改善检测信噪比和信杂比,并进一步提高测速精度。InSAR仿真数据的处理结果表明了该方法的有效性。     

基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法

利用干涉合成孔径雷达(InSAR)技术获取数字高程模型(DEM)时,在地形起伏剧烈区域,干涉条纹十分密集,增加了相位解缠的难度,影响相位展开和高程反演的精度.为了解决该问题,该文提出了一种基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法.该方法可以在统一的后向投影成像空间中实现成像和InSAR高程反演,并且引入外源D...     

利用粗DEM信息的分布式卫星InSAR图像精配准算法

针对分布式卫星干涉合成孔径雷达图像配准中最大相干相关法在实际应用中缺乏理想相位估计值问题,提出利用粗数字高程模型反演干涉相位图作为理想相位估计值的处理方法。该方法通过在图像粗配准后利用主辅SAR图像的轨道信息、粗DEM以及主图像雷达成像几何反演出干涉条纹图,并将其作为理想干涉条纹估计值应用在最大相干相关法求取精配准偏移量中。此外,本文根据多基星载SAR雷达成像几何给出了利用粗DEM对SAR图像各像素对应目标点通用的空间定位方法及其干涉相位反演方法。ERS-1/2数据实验结果验证了本文方法的有效性。