地球同步轨道星载SAR观测特性分析

地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEOSAR)具有超高的卫星轨道和超长的合成孔径时间,相比于目前的低轨星载SAR,GEOSAR在信号特性与成像信号处理方面变化显著.GEOSAR体制和理论方法的研究都要以GEOSAR自身的特性分析为基础.文中根据GEOSAR的星地几何关系对星下点轨迹、卫星速度与波束扫描速度、合成孔径时间、多普勒特性等观测特性进行了深入分析,然后在此基础上与典型低轨SAR进行比较,得出了相应结论.     

地球同步轨道圆迹SAR研究

该文介绍了地球同步轨道圆迹合成孔径雷达(Geosynchronous Circular SAR, Geo-CSAR)的概念,通过设计同步轨道的轨道参数,可以形成近圆的卫星相对地球轨迹,使SAR载荷的凝视成像模式成为可能,实现对地的大面积定点连续观测以及真3维信息获取;研究分析了Geo-CSAR的成像能力,指出其在瞬时覆盖度、连续观测范围及3维精确定位方面,具有现有低轨星载SAR无法比拟的优势,是实现全球不间断覆盖的有效途径之一,在军事侦察、灾害监测方面具有重要的应用前景。      

一种新的GEOSAR快速零多普勒中心二维姿态导引方法

该文针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)提出一种新的2维俯仰–滚动姿态导引方法,可有效解决传统2维偏航导引方法用于GEOSAR时大偏航角的问题,更适用于具有大功率、大天线和大转动惯量的GEOSAR卫星。该方法应用于GEOSAR卫星时,不需调整偏航角,仅通过调整不超过±8°的俯仰角和滚动角,即可实现正侧视。相较于传统导引方法,该方法将卫星机动角度和时间减小至1/10左右,可大幅降低GEOSAR工程实施难度。该方法应用于不同轨道高度的SAR卫星时,均可实现残留多普勒中心值为0,具有普适性。此外,针对不同轨道高度SAR卫星,该文提出了姿态导引方法选择的参考依据。     

GEO SAR照射的机载前视接收双基SAR系统二维分辨能力分析

地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)星/机双基前视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)实现了接收机飞行方向的成像能力,可以对重点区域进行持续前视观测,具有广泛的应用场景。对固定轨道GEO SAR照射下的机载前视接收机的双基SAR系统二维分辨能力进行了解析和验证仿真分析。首先,基于梯度法给出了GEO星/机双基前视SAR的二维分辨能力及其夹角的解析结果;其次,分析了不同双基前视构型对距离向分辨率、方位向分辨率和分辨率夹角的影响,并给出了基于分析结果的构型设计基本准则;最后,对GEO SAR处于不同轨道位置时分别进行了点目标仿真,有效验证了该分析方法的有效性和准确性。     

地球同步轨道星载合成孔径雷达概念研究

从不断增长的对地实时观测和对突发事件快速反应的急迫需求出发,提出了采用地球同步轨道合成孔径雷达的概念研究。通过对地球同步轨道卫星运动轨迹的分析,验证了可以通过控制轨道倾角、偏心率和轨道高度误差以获得同步轨道卫星与地面之间的相对运动,构成了雷达运行在同步轨道实现合成孔径成像的基础。并研究和分析了同步轨道SAR卫星的观测性能,指出了对于要求重复观测周期短、实时应用强的情况,尤其是对于大面积定点区域的连续观测来说,采用同步轨道SAR是一条理想的技术途径。     

扁率摄动对地球同步轨道SAR成像聚焦的影响分析

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, GEOSAR)长合成孔径成像受地球扁率摄动影响的问题,推导了卫星不同轨道根数受摄动所导致的雷达回波多普勒调频率和2次相位公式,通过分析扁率摄动对成像的影响,得到结论:地球扁率摄动使雷达回波产生附加的2次相位调制,相位调制的主导成分是卫星轨道长半轴受摄分量,相位调制幅度与成像所采用的轨道弧段有关,2次相位调制总量经过分钟量级的长合成孔径累积几乎在卫星运动全周期超过45的容限。雷达成像聚焦不能简单忽略扁率摄动的影响,必须采取相应的补偿措施,否则会造成图像散焦。      

地球同步轨道寄生SAR系统的若干关键技术研究

 地球同步轨道寄生SAR系统是利用地球同步轨道卫星传输的通信、导航等信号作为非合作照射源的一种双基地雷达系统,具有长时间观测目标区域、抗电子干扰、成本低等优势,有良好的发展前景.本文针对地球同步轨道寄生SAR系统发射源信号为连续随机信号且卫星航迹精确位置未知的特点,分析了脉冲重复周期和信号加窗长度的选取,研究了信号加窗后的满带宽、距离向信杂比问题以及卫星航迹的精确反演.最后,根据上述关键技术的研究分析,仿真实现了地球同步轨道寄生SAR系统成像.     

地球同步轨道圆迹SAR 三维分辨特性分析

针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。      

二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)二维频谱形式复杂、二维空变性处理困难等问题,考虑成像参数随距离和方位的空变性,给出了一种利用二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法,该算法不需要求解GEO SAR复杂的二维频谱,在距离频域和方位时域利用空变斜距的二阶近似模型和二维stolt插值变换校正了距离和方位的耦合;同时,针对二维插值计算量大和复杂度高的问题,采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)替代了传统的插值和快速逆傅里叶变换(IFFT)运算。理论分析和仿真结果表明该算法能够补偿回波的二维空变特性,实现GEO SAR聚焦成像,且各成像指标接近理论值。      

GEOSAR舰船目标三维转动对检测信噪比影响分析

回波信号信噪比(SNR)是决定地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)舰船目标检测性能的关键指标。该文针对GEOSAR卫星与舰船目标超远作用距离导致的单脉冲回波低信噪比问题,具体分析了方位脉冲相干积累对舰船目标检测信噪比的提升,以及信噪比提升受舰船目标3维转动的影响,并通过实测数据处理和仿真实验得出了相关结论。