大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)合成孔径时间长、观测范围大,易受到大气层效应时空变化的影响,使成像的聚焦质量和差分干涉处理精度严重下降。该文针对常规对流层和背景电离层等大气层缓变的干扰部分,建立了高精度时频混合GEO SAR信号模型,分析了不同大气层参数的时间变化率对成像质量和差分干涉处理精度的影响。针对大气层干扰中对流层湍流和电离层闪烁等随机扰动造成的影响,基于幂律功率谱模型,建立了大气扰动参数和成像质量的定量化分析模型,获得了大气层随机干扰的强度与成像评估指标间的关系。最后,通过仿真验证了模型的有效性,并分析了长孔径时间内缓变和随机扰动的大气层误差对成像和差分干涉处理质量的影响,仿真结果表明:L波段GEO SAR成像和差分干涉处理受时空变电离层干扰的影响十分严重,必须予以补偿;对流层干扰对其影响较小,仅当积累时间达到数百秒时才需要考虑它对成像性能的恶化。      

对流层对地球同步轨道SAR成像的影响研究

地球同步轨道SAR（GEO SAR）具有超长孔径时间和大覆盖范围的特性,使得传统低轨SAR成像中采用的对流层冻结模型假设失效。因此,需要考虑时变条件下的对流层效应对GEO SAR成像的影响。本文根据对流层中电磁波的传播规律,利用射线描迹法,分析了GEO SAR中相位误差的特点;并通过建立时变对流层影响下的GEO SAR回波信号模型,研究了对流层引起的GEO SAR图像偏移及图像散焦现象,并分析总结了相关影响的边界条件。最后,基于仿真数据,分析了对流层效应对GEOSAR成像的影响。      

时变大气层效应对地球同步轨道SAR成像影响的分析与补偿

大气层效应会导致穿过其中的星载SAR信号产生相位误差,并进而可能造成星载SAR成像结果出现散焦现象。大气层效应包括背景电离层效应、电离层多重散射效应以及对流层效应,由于GEO SAR合成孔径时间可达几百秒量级,因此在其成像积累时间内大气层效应会随时间变化,因此必须考虑时变大气层效应对GEO SAR成像的影响,同时亟需研究时变大气层效应对GEO SAR成像影响的补偿方法。本文详细分析了时变大气层效应对SAR信号的影响机理,建立了时变大气层效应影响下的高精度GEO SAR回波信号模型,分析了时变大气层效应对GEO SAR成像的影响,并基于方位向子孔径划分,通过提取时变大气层相位误差,对大气层效应造成的GEO SAR图像散焦现象进行了补偿。      

基于修正VAD技术的非线性风场反演方法研究

对流风暴的新生和发展演变与三维风场存在密切联系,多普勒天气雷达可利用多普勒效应测量径向速度,可及时地反映风场信息。基于线性风场假设和全方位均匀采样的速度方位显示（VAD）技术是目前应用最广泛的使用单部多普勒雷达反演风场的方法,然而对于台风、龙卷等强对流天气系统,其内部风场空间分布复杂,线性风场假设不成立,以及由于机动平台非理想运动无法保证等方位间隔的均匀采样,导致反演精度不高。本文提出了一种基于修正VAD技术的非线性风场反演方法,建立了机动平台下视圆锥扫描几何模型以及复杂风场的非线性空间分布模型,相对于传统VAD技术,该方法更能反映真实的复杂风场结构,具有更好的反演效果。      

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

时空变背景电离层对 GEO TomoSAR 成像影响分析

地球同步轨道合成孔径雷达层析成像（GEO TomoSAR）是一种将地球同步轨道 SAR（GEO SAR）与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨 SAR 层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于 GEO SAR 轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得 GEO SAR 信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响 GEO TomoSAR 三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的 GEO TomoSAR 信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对 GEO TomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。      

基于GEO SAR编队飞行的动目标检测

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)编队飞行,是指2个或2个以上的搭载了合成孔径雷达的地球同步轨道卫星协同工作,组成一颗大的“虚拟卫星”,进而完成多项任务并降低风险。GEO SAR编队飞行形成的多通道可以用来进行动目标检测。空时自适应处理(STAP)在空-时二维平面上抑制杂波,完成强杂波背景下的动目标检测。在传统STAP算法的基础上,提出了基于GEO SAR编队飞行的对地面运动目标检测的方法,并通过仿真分析了该方法的性能。     

斜入射下电离层闪烁对GEO SAR成像影响分析

本文基于多相位屏理论,研究了电离层闪烁对GEO SAR成像的影响。首先针对电离层各向异性的特点,修正了各向异性电子密度起伏的功率谱,并重新推导了斜入射条件下随机介质中的电磁波传播方程,改进了传统的基于垂直入射和各向同性电离层条件下的多相屏仿真方法,然后结合典型GEO SAR参数,分析了电离层闪烁对GEO SAR成像的影响。最后,通过Monte Carlo仿真,给出了不同电离层电子密度起伏条件下GEO SAR进行合成孔径处理的最优积累时间。分析结果表明,相同GEO SAR系统配置下,电离层闪烁的起伏越大,合成时间越长,GEO SAR成像质量越差,甚至会出现无法聚焦的情况。      

GEO星机双基SAR时间同步误差对运动目标检测的影响建模与分析

地球同步轨道星机双基地合成孔径雷达(GEO SA-BSAR)系统是以GEO SAR发射,飞机装载多通道系统接收信号的双基地SAR系统,其可充分利用GEO平台提供的长时间稳定的波束覆盖特性,为运动目标的检测和监视提供了便利.但是,GEO SA-BSAR系统由于收发分离,不得不面临发射端和接收端的频率源差异导致的时间同步误...     

气象雷达超低副瓣失配滤波处理技术研究

在雷达信号处理中,通过匹配滤波进行脉冲压缩可以获得最大化的信噪比,有效地减小了雷达回波中噪声对信号的影响。然而,脉冲压缩的输出具有较高的距离旁瓣,在气象雷达探测中,由于空间分布的散射粒子之间反射强度相差较大,弱散射粒子的回波容易掩没在强散射粒子的旁瓣中,因此有超低旁瓣的需求。本文主要研究了能够降低旁瓣的非线性调频（NLFM）波形和最小积分旁瓣水平（ISL）失配滤波器,分析了多普勒频移对其性能的影响,并在最小ISL滤波器的基础上通过进一步对滤波器系数加权的方法,使得在回波具有多普勒频移的情况下也能达到超低旁瓣的性能。