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。      

圆迹SAR 成像技术研究进展

圆迹SAR(Circular SAR, CSAR)是近年来提出并发展起来的一种高分辨3 维成像模式,通过传感器平台的曲线运动,获取被观测目标多方位乃至360全向观测信息,以满足越来越高的精细观测需求。2011 年8 月,中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室利用自行研制的P 波段全极化SAR 系统开展了国内首次机载圆迹SAR 飞行实验,成功获取了全方位高分辨圆迹SAR 图像,实验结果初步展示了圆迹SAR 成像技术在高精度测绘、灾害评估和精细资源管理等领域的应用潜力。该文详细讨论了圆迹SAR 成像技术的研究进展,介绍了近年来国内外开展的若干次机载飞行实验以展示圆迹SAR 的独特应用优势,总结分析了圆迹SAR 的关键技术,最后对其发展趋势进行了展望。      

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。     

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。      

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.     

干涉圆迹SAR的目标三维重建方法研究

圆迹合成孔径雷达（CSAR）的360全方位观测能够获取目标各方向的散射特征,但是单轨迹圆迹SAR对于强方向性目标高度向散射特征的获取能力非常弱。该文针对典型目标开展3维圆迹SAR干涉方法研究,开展了基于暗室实验的原理性验证,首次给出了实际坦克金属模型的干涉圆迹SAR的3维重建结果,验证了该方法的有效性,同时展示了3维重建与全方位观测相结合在目标精细特征描述方面具有的重要应用潜力。      

地球同步轨道SAR特性分析

和传统低轨SAR相比,地球同步轨道SAR具有超高的轨道高度和超长的合成孔径时间,其运动轨迹应视为曲线变速运动,信号特性和信号处理等多个方面变化显著,因此传统的SAR特性分析已不能适用。本文根据星地几何关系对地球同步轨道SAR的轨道运动轨迹、星下点轨迹和波束覆盖范围、速度特性、多普勒参数、方位向空变性等几方面特性进行了详细的分析,在此基础上和低轨SAR进行了对比,并得出了相应的特性分析结论。     

圆迹SAR极坐标格式算法研究

 该文提出一种新的用于圆迹合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)成像的极坐标格式算法。在CSAR模式下,点目标的波数域3维频谱为3维曲面。根据这一特点,算法采用逐高度平面成像的方法最终获得3维图像,即通过参考函数相乘,将频谱投影到2维平面,既避免了高度向的插值,又保证了算法的精确性。并且该算法通过两步相位补偿操作校正了越距离单元徙动的高次项,扩大了有效成像范围,避免了场景边缘目标的散焦。最后,点目标仿真验证了该算法的有效性。     

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。      

地球同步轨道SAR方位模糊度研究

与低轨合成孔径雷达(SAR)相比较,地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有重访周期短,观测范围广等优点,在军用及民用领域具有广泛应用。针对地球同步轨道合成孔径雷达多普勒中心频率时变及类滑动聚束工作模式造成常规方位模糊度计算不精确的问题,提出了一种新的方位模糊度计算方法。该方法基于精确的星地几何模型,考虑了地球自转、速度时变、多普勒中心频率时变以及类滑动聚束工作过程中天线指向变化对方位模糊度影响,通过对不模糊区域天线方位角及模糊区域天线方位角的精确求解得到了对应的天线增益值,进而得到方位模糊度的精确值。基于空间坐标系转换及矢量表示法推导了GEOSAR 方位模糊度的表达式。最后结合地球同步轨道SAR轨道参数进行了仿真,验证了该方法的有效性。      

State-of-art of Geosynchronous SAR

Geosynchronous Earth Orbit Synthetic Aperture Radar(GEO SAR) runs in the height of 36000Km geosynchronous earth orbit,compared with traditional Low Earth Orbit(LEO) SAR(orbit height under 1000Km),GEO SAR has advantages of shorter repeat period,wider swath and so on.Firstly,the basic principle and state-of-art of GEO SAR in domestic and overseas are introduced.Secondly,coverage characteristic of GEO SAR is analyzed.Thirdly,the key problems of yaw steering and imaging on curved trajectory in GEO SAR are discussed in detail,and the corresponding primary solutions are presented in order to promote future research on GEO SAR.     

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。      

地球同步轨道SAR精确斜距模型研究

由于地球同步轨道SAR(Geo-SAR)较高的轨道高度和较长的合成孔径时间,走-停(Stop-Go)假设所带来的误差必须予以考虑。该文推导并模拟了正圆轨道下地球同步轨道SAR(Geo-SAR)的精确回波延时方程,分析并仿真了其与 走-停模型误差。提出了一种等效中点模型,并通过仿真验证了该模型能很好地拟合精确距离历程。采用基于高阶多普勒参数的多项式拟合对等效中点模型和走-停模型的斜距历程进行展开,借助Legendre正交级数展开定量分析了走-停模型所带来的各个幂次的斜距误差,进而分析了各幂次斜距误差对于聚焦效果的影响。通过点目标仿真证明了走-停模型应用于Geo-SAR的局限性与等效中点模型的有效性。