波束跃度对星载方位向扫描模式SAR图像质量的影响

针对星载方位向扫描模式合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统中天线无法实现连续扫描而引入成对回波的问题,提出了波束跃度对SAR成像质量影响的定量化分析方法。提出了一种广义的SAR成像几何模型,以模式因子区分不同的方位向扫描模式;结合傅里叶级数和泰勒级数展开推导了波束跃度下的方位向天线方向图,在此基础上建立了方位向回波信号模型;得到成对回波幅度和位置与波束跃度的定量关系,着重比较分析了波束跃度对不同方位向扫描模式SAR图像质量的影响。仿真结果验证了上述分析方法的有效性。     

机载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立波束控制条件下的机载聚束式SAR的天线指向及成像数学模型,证实天线波束指向被控造成回波信号的幅度调制,引起成对回波,从而影响成像质量。此外,分析波束指向控制比率与测绘带方位宽度、图像动态范围的制约关系,提出设计机载聚束式SAR天线波束指向控制比率的基本原则。最后,通过计算机仿真,验证理论分析的正确性。     

基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法

方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方位向发射/接收子孔径的等效相位中心位置,使等效相位中心分布基本满足均匀采样的要求,同时利用复制拼接的方法解决了TOPSAR多普勒频谱混叠问题,最后利用改进的SPECAN算法完成聚焦成像。该成像方法避免了方位向多通道非均匀采样信号的重构操作,同时复制拼接操作和改进的SPECAN算法避免了方位向数据分块操作和方位时域的扩展。点目标和分布目标的仿真结果验证了提出的成像方法。     

方位向非均匀采样对多通道天线星载SAR成像性能的影响

方位向周期性非均匀采样是多通道天线星载SAR系统设计时需要考虑的一个重要因素。针对多通道天线星载SAR系统中存在的方位向周期性非均匀采样对成像性能的影响进行了分析。在建立多通道天线星载SAR回波信号模型的基础上,根据成对回波理论和匹配滤波原理推导了由方位向周期性非均匀采样所造成的虚假目标位置与强度的计算公式,并结合成像处理过程分析了二维成像处理算法对虚假目标的影响,给出了二维成像处理后所得到的虚假目标强度计算公式。最后,通过计算机仿真验证推导与分析的正确性。     

某星载天线热变形对跟踪指向精度的影响仿真分析

星载天线在轨工作时,空间剧烈的冷热交变和较大的温度梯度会引起天线产生一定的热变形,导致波束指向发生偏转,降低系统跟踪指向精度,甚至使系统无法捕获目标。通过对天线热变形以及由此引起的波束指向变化进行仿真与分析,得出结论:天线波束指向由热变形引起的最大偏差为0.0247°,满足系统对于天线波束指向偏差小于0.05°的要求,为系统跟踪指向精度的计算提供了依据。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性，引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合，进而导致天线指向精度下降的问题，提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先，结合有限元法和混合坐标法，通过理论推导，建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型；然后，以某在轨成像卫星东西位保为例，通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析，得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵，结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系，得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数，再与星本体的刚体运动参数组合起来，求解卫星天线刚柔耦合动力学模型，即可得到天线实际振动位移。最后，根据天线实际振动位移进行天线型面拟合，并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明，天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°，可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

天线指向微调机构寿命分析及试验验证

考虑到各种环境因素可能对天线波束指向产生影响以及星载天线在轨服务区重置的需求,越来越多的星载天线要求具有在轨指向微调功能。文章针对一种天线微调机构,利用磨损程度评估技术开展了其寿命预估,同时使用加速寿命试验完成了其寿命试验考核工作。     

基于稀疏空间谱估计的星载SAR DBF算法

针对星载合成孔径雷达(SAR)系统利用俯仰向数字波束形成(DBF)技术接收场景回波时受地形的影响,会出现波束指向偏差的问题,提出了基于稀疏空间谱估计的星载SAR数字波束形成方法。该方法将目标场景高程估计问题转换为波达方向估计问题,考虑到回波信号的稀疏性,进而等效为稀疏空间谱估计问题,然后利用凸优化方法求解得到目标波达方向。最后,仿真实验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以降低传统自适应方法受小样本和低信噪比影响的限制,实现复杂地形下的正确波束指向,保证回波信号的接收增益。     

非合作式星载双站雷达波束同步设计

波束同步设计是星载分布式雷达系统总体设计的重要问题。针对发射卫星是非合作式的情况，给出六种可能的卫星姿态和天线指向参数方案。给出如下数学模型：针对一般编队，总结出波束指向同步的一般方法；提出一种基于波束指向同步的波束覆盖同步方法，并基于该方法，得到上述六种方案对应的波束覆盖同步方法；提出衡量姿态和天线指向控制能力要求的方法和覆盖能力模型，对六种可能的卫星姿态和天线指向方案，进行波束同步设计和波束覆盖能力仿真分析和比较，仿真结果验证了数学模型的正确性。     

星载合成孔径雷达的ScanSAR技术

星载扫描波束合成孔径雷达技术可以扩展星载合成孔径雷达一次通过观测地区时的观测带宽度。对ＳｃａｎＳＡＲ成像的天线波束位置数目，扫描角度范围和方位分辨率等性能进行了分析，阐述了ＳｃａｎＳＡＲ的某些设计考虑，并介绍了若干个应用实例。     

基于敏捷卫星平台的星载SAR Mosaic模式研究

Mosaic模式是聚束和ScanSAR的混合模式,能同时实现高分辨率、大场景成像。提出了一种易实现的Mosaic模式,它的距离向波束切换通过电扫描完成,方位向波束扫描通过机械扫描实现。敏捷卫星能通过控制俯仰机动,方便地实现方位向机械扫描,适于实施这种Mosaic模式。针对这种Mosaic模式的特点,提出了一种新的系统设计方法。该方法从零斜视角位置开始,递推求解一系列关于Burst斜视角和驻留时间的非线性方程组,得到系统参数和时间分配方案。此外,还提出了一种基于等效展宽天线方向图的Mosaic模式性能参数近似计算方法,它能直观、便利地得到Mosaic模式各种性能参数。     

一种适用于椭圆轨道的新型偏航导引规律

多普勒特性是星载合成孔径雷达(SAR)数据处理中关键参数之一,对方位向性能以及成像精度都有着非常重要的影响。基于轨道动力学理论,该文简要论述了传统偏航导引方法和全零多普勒方法,并分别分析了它们应用于椭圆轨道时的不足之处,提出了一种新的适用于椭圆轨道的偏航导引方法。利用TerraSAR\|X卫星轨道参数,分别使用这三种方法进行了数值仿真,仿真结果表明,使用新的偏航导引方法后,多普勒中心频率被减小到不超过5Hz,比传统的偏航导引方法缩小了约一百倍,比基于瞬时圆轨道的全零多普勒方法缩小了超过5倍,表明了该方法的优势及有效性。     

高分辨率星载斜视SAR的姿态导引

高分辨星载斜视合成孔径雷达回波信号中,多普勒中心频率随距离向的变化通常是十分显著的.这种变化导致系统需要更高的脉冲重复频率来实现方位向无混叠采样.然而,过高的脉冲重复频率将引起严重的距离模糊、极大的数据率,并将限制成像区域大小.本文推导了一种新的全零多普勒导引方法,并在此基础上提出了一种最小化多普勒中心频率随距离变化的姿态导引方法,从而能够最大限度地降低系统脉冲重复频率.根据星地空间几何关系和姿态导引原理,文中推导了实现全零多普勒导引的偏航角和俯仰角的解析表达式,并进一步给出了最小化多普勒中心频率随距离变化的姿态导引规律.最后通过计算机仿真,验证了该方法的有效性.     

对星载滑动聚束模式合成孔径雷达的侦察研究

滑动聚束模式是合成孔径雷达的一种新兴的工作模式,具有比条带模式的方位向分辨率高、同时又比聚束模式的成像区域大的优点,因此,滑动聚束模式呈现蓬勃发展的趋势。在此基础上,根据侦察的基本原理,展开了对滑动聚束模式合成孔径雷达的侦察研究,建立了侦察模型,并进行了仿真实验。可以看出,对星载滑动聚束模式合成孔径雷达的侦察是完全可行的。     

分布式小卫星雷达系统误差估计的新方法

相干联合处理小卫星编队雷达接收的地面回波可在获得大的成像测绘带的同时获得较高的方位分辨力，具有非常重要的军事应用前景。然而复杂的分布式小卫星雷达系统误差尤其是三维基线误差和多通道幅相误差，严重影响了联合处理各卫星回波数据的效果，甚至使其失败。针对这一问题，提出了一种新的分布式小卫星系统误差补偿方法，该方法不需要迭代运算，可在基线误差控制在分米数量级的基础上对回波信号的空间导向矢量进行准确估计。计算机仿真验证了方法的有效性。     

一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法

针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。