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.     

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.     

分布式小卫星SAR轨道设计及其模糊函数分析

基于卫星轨道根数推导了分布式SAR卫星的轨道要素计算公式。建立了分布式SAR卫星的成像空间几何模型,分析了分布式小卫星SAR的模糊函数。针对具体的编队卫星进行了轨道参数设计,给出了轨道设计的结果。在此基础上仿真了不同编队构形、不同卫星数目情况下系统的空间模糊函数,研究了小卫星编队构形、数目和模糊函数的关系,为后续的成像算法研究奠定了一定的理论基础。     

主从模式编队卫星SAR压缩感知成像算法

为减轻主从模式编队卫星SAR对稀疏目标场景回波信号的采集与传输负担,提出了编队卫星SAR的回波信号稀疏方法。在研究编队卫星SAR回波信号特征的基础上,构建了编队卫星SAR距离向和方位向的稀疏基、测量矩阵和重构矩阵。针对主从模式编队卫星SAR与地面的数据传输特点,提出了低传输负荷下的主从模式编队卫星SAR压缩感知成像方法,并借助于正交匹配追踪算法 (Orthogonal Matching Pursuit,OMP) 对稀疏后的回波信号进行了恢复重构,获得了高质量的编队卫星SAR图像。仿真结果表明,针对稀疏目标场景,本文提出的压缩感知成像方法利用较少的回波数据便能重构出原始目标场景,实现了低负荷下的编队卫星SAR成像。      

三维编队飞行短时记忆控制

为解决主从机编队飞行问题,以柱面坐标系为参考坐标系,建立长机与僚机之间的相对运动模型。考虑编队飞行系统所受干扰上确界未知,提出无人机编队队形保持的短时记忆控制律。仿真结果表明,控制能够抑制较大干扰,使系统迅速到达期望状态。控制律简单、快速、有效,对编队飞行实现自主飞行有重要意义。     

编队飞行防撞系统防撞模型研究

针对飞机编队飞行防撞系统的功能要求,采用时间碰撞威胁度和空间碰撞威胁度的方法建立了编队飞行碰撞威胁的探测模型,给出了基于机载防撞系统的编队飞行模拟测试系统的仿真方法和测试方案,并且进行了计算机仿真和测试.仿真结果表明,该编队飞机防撞模型能够为飞行员提供侵犯告警咨询信息和正确编队的位置指示.     

移变模式下双站SAR极坐标格式成像算法研究

通过对移变双站SAR的飞行几何模型的分析,用极坐标格式算法（PFA）实现了移变模式下的双站SAR成像。首先推导移变模式下的条带双站SAR回波模型,再利用条带式SAR与聚束式SAR的内在联系,将条带式SAR的回波数据转换为聚束式SAR二维去斜后的同形回波数据。通过对回波数据的分析,提出移变模式下的PFA算法,并用坐标系旋转的方法提高数据利用率。对点目标的仿真实验证实了该方法的可行性,并且得到优于RD的聚焦效果。     

主星带辅星编队单基线InSAR定位、测高两种方法

该文对主星带辅星编队分布式SAR(Synthetic Aperture Radar)的空间几何关系和工作原理进行分析,指出主星带辅星编队SAR用于干涉测高和定位具有星载双站、较大斜视,空间基线等特点和难点,不能基于经典干涉SAR几何下的测高方法进行分析.提出基于多普勒中心频率和基于距离模型的两种定位和测高方法,仿真验证了两种定位和测高方法的正确性.指出由于多普勒中心频率方程只利用了合成孔径中心时刻附近的距离信息,而距离模型方程可以利用合成孔径时间内的所有距离信息,因此从定性角度来说,基于距离模型的定位测高方法优于基于多普勒中心频率的定位测高方法,仿真结果也说明了这一点.     

基于高程测量误差的分布式卫星SAR编队构形设计

卫星编队构形是影响分布式卫星SAR系统性能的重要因素之一。该文主要研究满足绕飞轨道条件下的分布式卫星SAR编队构形设计问题,提出了基于高程测量误差最小的分布式卫星SAR编队构形设计方法。文中给出了分布式卫星SAR多组高程测量数据融合后的像素单元高程测量误差表示,并提出了给定观测区域的高程测量误差表达式。在此基础上,以观测区域的高程测量误差为优化目标,采用遗传算法对分布式卫星初始编队构形进行优化设计。仿真试验验证表明,通过该方法得到的初始卫星编队构形能够较好的降低给定观测区域内的分布式卫星SAR高程测量误差。     

机载双站SAR分辨率特性分析

通过对机栽双站SAR一般空间几何结构的分析,根据收发站运动对目标产生的合多普勒关系,推导了双站SAR地距分辨率和方位分辨率表达式及其方向.详细分析了收发站空间几何关系和速度矢量对分辨率的影响,理论分析与仿真结果表明收发站双基地角和各自的速度矢量是影响双站SAR分辨率的主要因素.研究结果进一步完善了双站SAR理论体系,为系统设计和飞行试验提供理论依据.     

多站雷达成像系统成像特性分析

从物体散射场对应的傅里叶空间出发，提出基于空间谱域分布的成像系统定性评价体系。运用该体系对探地雷达、合成孔径雷达多站雷达系统进行成像分析，并根据空间谱域分布结果给出了相关雷达的数据采集优化方案。有关工作的推广将为多基地雷达系统和星载雷达的编队飞行方案提供理论基础和指南。     

分布式星载干涉SAR中空间基线的分析和设计

分布式星载干涉SAR可以同时实现三维地形成像、洋流成像和提高空间分辨率等3种SAR于涉成像。其系统基线设计需要同时考虑这3种SAR干涉成像对基线的不同要求,所以比较复杂。该文在给出分布式小卫星被动稳定编队飞行的空间构形和3种SAR干涉成像对系统基线要求的基础上,提出了分布式星载干涉SAR基线设计中存在着3个制约关系;给出了协调这3个制约关系的一种设计准则,并在此准则下对一个L波段的分布式星载干涉SAR进行了系统基线设计。     

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.     

Performance of Stereoradargrammetric Methods Applied to Spaceborne Monostatic–Bistatic Synthetic Aperture Radar

This paper aims to investigate the performance of stereoradargrammetric methods applied to spaceborne monostatic–bistatic synthetic aperture radar (SAR) data for digital elevation model (DEM) generation. Stereoradargrammetric techniques for robust DEM generation were successfully experienced on monostatic repeat-pass SIR-A, SIR-B, SIR-C/X-SAR, ERS1/2, JERS-1, and Radarsat data. However, novel configurations achievable by modern spacecraft flying in formation will allow for the attainment of very large baselines between the antennas in a single-pass bistatic geometry so that the height determination accuracy can benefit from both stereo effect and simultaneous acquisition. Five models for relief reconstruction by monostatic–bistatic SAR stereoradargrammetry are presented, and an error budget is assessed for each of them. Results of the sensitivity analysis exhibit metric accuracy, and therefore, the technique could be applied for height reconstruction as a methodology complementary to SAR interferometry.      

一种基于脉冲压缩的机载条带SAR重叠子孔径实时成像算法

该文提出了一种基于距离向脉冲压缩体制的机载条带SAR重叠子孔径(OSA)实时成像算法,可直接应用于未采用去斜接收技术的条带机载SAR实时成像处理系统。该算法在距离向采用脉冲压缩技术、方位向采用OSA信号处理方法,能够在成像过程中完成距离徙动校正并消除空变相位误差,得到条带模式下的高分辨率图像。首先分析了条带模式SAR几何关系,然后在脉冲压缩体制下建立了回波模型并对成像流程进行了详细的数学推导,最后对运算量、存储量与成像范围进行了计算分析,对点目标数据进行了仿真,利用实时处理平台对原始数据进行了成像,验证了算法的高时效性。      

IMAGING ANALYSIS OF FREQUENCY MODULATION CONTINUOUS WAVE SYNTHETIC APERTURE RADAR IN NEAR RANGE MODE简

Frequency-Modulation Continuous-Wave Synthetic Aperture Radar （FMCW SAR） has shown great potential in the applications of civil and military fields because of its easy deployment and low cost. However, most of these work and analysis are concentrated on airborne FMCW SAR, where the characteristics of the ilnaging geometry and signal are much similar to that of traditional pulsed-SAR. As a result, a series of test campaigns of automobile-based FMCW SAR were sponsored by Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences （IECAS） in the autumn of 2012. In this paper, we analyze the imaging issues of FMCW SAR in automobile mode （named as near range mode）, where a vehicle is used as moving platform and a large looking angle is configured. The imaging geometry and signal properties are analyzed in detail. We emphasize the difference of the near range mode from the traditional airborne SAR mode. Based on the analysis, a focusing approach is proposed in the paper to handle the data focusing in the case. Simulation experiment and real data of automobile FMCW SAR are used to validate the analysis.     

High-resolution automobile FMCW SAR and signal processing

The paper presents a high-resolution automobile Frequency Modulation Continuous Wave Synthetic Aperture Radar （FMCW SAR） named MiniSAR and the procedure of its signal processing. The imaging geometry of automobile SAR is very different from that of airborne SAR, leading to a different data processing method for automobile SAR. Therefore, in the paper, we propose an image formation approach that can well handle the focusing issues of automobile SAR. The effects of the strong reflected signal and the spatial-variant synthetic aperture length are analyzed. The processed results with automobile FMCW SAR read data validate the presented method.     

临近空间慢速运动平台SAR基于CS成像算法的运动补偿

分析了临近空间慢速运动平台合成孔径雷达（SAR）中平台运动误差对接收信号的影响,指出在成像的运动补偿处理当中,可以将距离向误差分解成空不变项和空变项,并采用一阶和二阶运动补偿的方法对两种误差项进行校正补偿。为了将测量的运动误差数据应用到高分辨成像中,本文采用了一种与Chirp Scaling（CS）相结合的运动补偿方法。最后通过对仿真数据进行分析,验证了本方法的可行性。