HJ-1-C 卫星合成孔径雷达载荷的设计与实现

HJ-1-C 是我国环境与灾害监测小卫星2+1星座中的一颗合成孔径雷达(SAR)卫星,工作于S 波段,具有5 m 分辨率。SAR 载荷采用网状反射面天线和大功率放大器方案,具有重量轻、效率高的特点,适合于小卫星平台。目前HJ-1-C 卫星已在轨运行,获得我国首批S 波段星载SAR 图像,图像质量高,地物信息丰富,表明SAR 载荷的设计合理,试验和测试充分。HJ-1-C 卫星将为我国减灾和环境应用发展做出贡献。该文将对HJ-1-C卫星SAR 载荷的设计和研制进行全面介绍,包括其主要功能和技术指标,各部分的设计,以及研制、测试和试验工程,最后给出其在轨获得的图像。      

HJ-1-C 卫星SAR 系统的内定标

HJ-1-C 卫星是我国环境与灾害监测小卫星星座中的一颗合成孔径雷达(SAR)卫星,目前已在轨运行。其SAR 系统采用网状反射面天线和集中式功率放大器,且具有星上在轨内定标的功能。该文详细介绍了HJ-1-C 卫星SAR 系统的内定标模式和算法,给出内定标器的设计和实现原理,并对SAR 系统在轨工作内定标数据进行分析。      

环境一号C 卫星系统总体设计及其在轨验证

HJ-1-C 卫星是我国环境与灾害监测预报小卫星星座的一颗合成孔径雷达卫星,与光学卫星HJ-1-A/B 共同完成环境与自然灾害监测。该文介绍了中国第1 颗民用SAR 卫星的系统总体及载荷的设计特点,研究了卫星平台部分的数传、姿态控制、供配电和热控分系统对SAR 载荷的支持能力以及相互之间的匹配关系,同时,给出了卫星在轨测试验证的相应结果。      

基于多通道合成的优于0.1m分辨率的机载SAR系统

针对合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像的应用需求,该文给出一种基于单通道发射、多通道并行接收的新的高分辨率SAR系统实现方案。SAR系统共有8个接收通道,信号带宽达到3.2 GHz,具有高分辨率成像、InSAR干涉成像以及全极化成像功能。文中提出一种新的采用空间辐射测量和频偏误差修正测量的分段测量与综合补偿的通道传递误差测量补偿方法,有效解决了高分辨率SAR宽频带收发系统中关键的多通道接收幅度相位误差校正问题,并在国内首次获得了优于0.1 m分辨率的SAR图像。文中详细介绍了系统的组成方案以及主要技术性能指标,重点探讨和分析了多通道系统的频带合成、系统幅度相位误差测量补偿、运动误差补偿和成像处理等实现技术,给出了测量、补偿和成像的试验结果。通过实际飞行试验,验证了高分辨率SAR系统的技术及方案的有效性和可行性。     

基于特征融合的HJ-1-CSAR图像道路特征提取算法

在SAR图像中精准地提取道路网络是大量军事和民用技术开发的重要环节。针对HJ-1-C SAR图像道路提取问题,该文提出一种融合比率信息和方向信息的道路提取算法。在进行道路提取前,针对HJ-1-C数据动态范围窄、信噪比低等特点,提出非线性量化和建立在多尺度自回归模型基础上的图像滤波相结合的预处理方法;随后,使用该文提出的基于特征融合的道路提取算法进行道路提取,算法综合考虑了道路比率和方向性信息,通过对比率图进行Radon变换提取道路主方向,然后进行主方向对齐和2次道路提取步骤,最大可能性地去除了交叉道路的干扰,使得提取道路的准确度和连续性都得到提升。采用HJ-1-C获取的武汉地区数据进行算法验证,实验表明,该方法在大场景复杂地形区域具有更高的正确率(80.5%)和品质因数(70.1%)。     

一种星载合成孔径雷达微波辐射场定标接收机

介绍一种星载合成孔径雷达微波辐射定标场定标接收机,阐述该定标接收机功率标定、通道增益校准、接收数据时空同步技术的实现方法,给出该定标接收机在星载合成孔径雷达(SAR)在轨测试中的应用结果.     

多视极化合成孔径雷达图象的分类和极化通道优化

本文提出一个新的最大似然(ML)分类算法对多视全极化合成孔径雷达(SAR)图象进行分类,给出了应用NASA/JPL机载L波段四视全极化SAR实测数据的试验结果,证明了新算法的有效性。此外,本文还将所提算法应用于部分的多视全极化SAR数据中,实现了地貌类型分类的极化通道优化。     

HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测分析

为检测分析HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射探测性能及其辐射定标的有效性,提出了基于多种光学特性地面目标的在轨检测方法。首先,介绍了HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测方法,并基于2013年HJ-1A/B卫星地面同步观测试验数据,获取了HJ-1A/B星过境时刻的卫星入瞳处等效辐亮度。然后以该等效辐亮度为基准,对HJ-1A/B星CCD相机历次在轨辐射定标结果进行检验,分析HJ-1A/B星CCD相机的在轨运行期间辐射探测性能变化趋势。结果表明：HJ-1A/B星在轨运行过程中,辐射性能在不断发生变化;在轨运行5年多时间里,HJ-1A/B星的CCD相机各波段的辐射性能平均衰变量最低为3.7%,最大为39.6%;为保证遥感数据的定量化精度,定期的在轨绝对辐射定标十分必要。     

毫米波零中频全功率辐射计系统

提出了一种零中频接收的毫米波全功率辐射计系统,可降低外差式全功率辐射计系统实现的难度和成本,有利于实现系统的集成化和轻小型化。运用随机过程理论分析了全功率辐射计视频信号功率谱和温度灵敏度,在此基础上分析了零中频全功率辐射计的温度灵敏度。结果表明,在满足截止频率高于1/2视频积分滤波器带宽条件下,零中频辐射计中频通道可采用高通滤波器抑制直流漂移和低频噪声,而不会影响辐射计温度灵敏度,其理论值与射频带宽2倍于中频带宽的全功率辐射计相同。完成了一个34～40GHz毫米波多通道零中频全功率辐射计系统的设计和研制,采用10通道一体化集成和本振空馈功率分配技术,实现了系统的集成化和小型化,测试温度灵敏度与理论值相符,表明了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

多视极化SAR图象相干斑抑制的研究

本文研究多视极化合成孔径雷达(SAR)图象的相干斑抑制,提出多视极化白化滤波(MPWF)法,并进一步将它发展成具有多通道输出的全极化滤波器。本文还定量地分析了MPWF方法抑制相干斑的能力,并在理论上同全功率法、加权法和功率均衡法进行了比较。应用NASA/JPL机载L波段四视全极化SAR数据的试验结果验证了所提方法的有效性和优越性,也说明了MPWF处理能显著地提高SAR图象的分类精度。     

环境一号C 卫星合成孔径雷达相干性分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种相干成像雷达,相干性是保证SAR 成像的关键。对相干系统而言,诸多因素会破坏其相干性。该文以环境一号C 卫星SAR 分系统方案和指标为基础,主要分析了频率源稳定度和脉间定时抖动对系统相干性的影响。环境一号C 卫星SAR 采用短期稳定度为101.010 / 5 ms 的晶振,经过直接倍频与分频提供系统所需的基准频率信号,由短期稳定度引入的方位向随机相位误差对积分旁瓣的影响可忽略。环境一号C 卫星SAR 定时脉冲前沿抖动优于2 ns (rms),合成孔径时间内的随机相位误差对方位脉冲压缩旁瓣略有影响。该文通过公式推导和仿真分析证明了HJ-1-C 卫星SAR 系统相干性设计满足合成孔径雷达成像要求。      

环境一号C 星SAR 天线设计与分析

环境一号C 星SAR 天线采用了构架式可展开网状抛物面反射器,天线构型复杂,在轨展开步骤多,天线展开可靠性及在轨电气性能等都是设计难点。该文阐述了天线总体、结构和电气方面的设计研究,并从力学和热角度进行了实际工况的分析。环境一号C 星在轨成功展开及良好的SAR 成像质量表明了天线在机电热及可靠性设计方面满足型号工程的使用要求,为集中式网状抛物面SAR 天线的设计研究提供了宝贵经验。      

环境减灾C 星在轨测试期间冰凌灾害应用能力评价

2012 年11 月19 日,环境减灾卫星一号C 星成功发射,是我国第1 颗民用合成孔径雷达(SAR)卫星,也是目前世界上唯一在轨运行的S 波段SAR 卫星。在轨测试阶段,民政部国家减灾中心对C 星在冰凌灾害方面的应用能力进行了初步的评价,同时利用资源三号卫星多光谱影像进行相对精度评价。结果表明,S 波段SAR 卫星对于冰凌具有极好的响应,对于完全封冻、未完全封冻和浮冰区域,可有效地辨识,具备较好的减灾应用能力。S 波段SAR 卫星数据将填补我国乃至世界上SAR 卫星数据的波段空白,减灾应用潜力有待进一步深入挖掘。      

环境一号C 卫星SAR 图像典型环境遥感应用初探

环境一号C 卫星(HJ-1C)于2012 年11 月19 日成功发射,并与2008 年9 月6 日一箭双星发射的环境一号A 星,B 星(HJ-1A/1B)组成2+1环境与灾害监测预报小卫星星座系统。该文以2012 年12 月～2013 年1 月期间获取的9 景HJ-1C 卫星数据2 级产品(S 波段,VV 极化,Strip 模式,5 m 分辨率)为实验数据,以北京市和福建省近海海域为研究实验区,以HJ-1C 卫星SAR 图像土地利用类型人工解译与制图、地表覆盖自动分类、近海海洋溢油污染识别、海浪特征参数反演、海水养殖区特征提取等近海海洋环境监测等为例,开展了HJ-1C卫星SAR 图像环境遥感应用能力的分析与评价。结果表明:(1)HJ-1C 卫星SAR 图像可用于耕地、林地、公路用地、河流水面、城镇住宅用地、农村宅基地等土地利用类型的人工解译和制图,地类图斑面积勾绘误差小于5%;(2)HJ-1C 卫星SAR 与HJ-1B CCD 图像融合可有效提高地表覆盖自动分类精度;(3)HJ-1C 卫星SAR 图像可用于海洋溢油污染识别、海浪特征参数反演及近海养殖区信息提取等近海海洋环境遥感监测。      

固态发射机热设计与飞行验证

大功率高热流密度固态发射机是环境一号C 卫星有效载荷中的关键设备,对整星的热设计影响很大。固态发射机热设计的目的,是满足固态发射机的温度需要,从而确保固态发射机的安全可靠工作。该文论述了环境一号C 卫星固态发射机热控设计及解决的关键问题。飞行遥测结果表明,固态发射机热控设计正确、方案合理,很好地满足了固态发射机的温度要求。      

基于高性能机群的环境一号C 卫星SAR 图像全分辨率快视实时处理系统设计与实现

该文设计和实现了基于高性能机群的环境一号C 卫星 SAR 图像全分辨率快视实时处理系统,该系统对环境一号C 卫星2012 年12 月9 日首次开机获取的SAR 遥感数据进行了快视图像处理。结果表明:该快视处理系统完全满足SAR 图像全分辨率快视实时处理能力。该系统是我国首次实现星载SAR 图像全分辨率快视实时处理的业务运行系统。