基于帧频的星载SAR系统视频成像能力分析

视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar, ViSAR)作为一种微波遥感体制能以摄像式模式对重点区域的时敏目标展开持续性的动态监视，已经受到越来越广泛的关注，但针对视频SAR系统的视频成像能力的分析还不够深入。首先建立了视频SAR回波信号模型，并结合给定的星载SAR系统参数，提出了一种基于帧频的适合分析星载SAR系统视频成像能力的模型，并基于X波段和Ka波段雷达参数对系统进行了仿真分析。研究表明，在形成相同帧率的SAR视频时，SAR系统频率越高，越容易形成独立帧率的SAR视频；在形成相同方位分辨率帧图像的SAR视频时，中心斜视角越大，所需的孔径交叠率越大。研究成果可为星载SAR系统设计提供理论分析支撑。     

基于子孔径ECS算法的天基视频SAR成像方法

针对天基视频合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像中回波数据重叠及实时性要求,提出了一种基于子孔径扩展线性调频变标(Extended Chirp Scaling,ECS)处理的天基视频SAR成像算法。首先提出了大角度聚束视频成像模式下的回波数据分割方法,然后基于重叠率与帧频的要求对回波数据进行子孔径划分,子孔径内部进行ECS成像处理后,在距离多普勒域进行子孔径合成,实现视频成像,从而避免了重叠数据的重复运算,有效提高了视频SAR的成像效率,重叠数据重复运算率由78.1%降为10%,最后通过计算机仿真验证了该算法的有效性。     

区域机动目标普查监视小卫星组网设计与仿真

针对海洋机动目标任务规划难、搜索难度大的特点,设计了一种面向海洋热点区域机动目标搜索监视的卫星组网星座。首先,根据机动目标搜索任务的特点,建立考虑时空约束条件的卫星成像条带拼接搜索策略;其次,根据机动目标搜索策略,设计了一种高时间分辨率组网星座构型;最后,构建以最小组网卫星侧摆角度和任务观测时间为优化目标的鲁棒模型,采用遗传算法对组网卫星进行优化求解,并给出算法实现流程。仿真结果表明,该卫星组网星座能够有效完成对目标区域机动目标覆盖监视,为热点区域海洋机动目标监视任务提供了一定的方法支撑。     

不规则区域成像覆盖星座构型优化设计

近年来卫星对地观测需要呈现逐年上升趋势.从单个目标点的对地观测卫星星座构型设计方法入手,推广为设计满足不规则大范围成像区域重访时间需求的卫星星座.以卫星数目最少及满足重访时间要求为优化目标,采用改进的模拟退火算法,结合改进的等面积网格点覆盖法,提出了一种针对不规则区域成像全覆盖的卫星星座构型优化设计方法.分析了光照因素对重访时间、所需卫星数目以及星座构型的影响,并通过仿真分析验证了算法的可行性.      

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

海洋一号卫星观测任务规划算法设计及系统应用

针对海洋一号卫星观测任务规划需求,提出并实现了基于遗传策略的任务规划框架,解决了卫星实际使用中成像任务受卫星其他业务影响的多类型约束成像规划问题。基于海洋一号卫星实际规划业务要求,对任务规划约束和优化目标建立数学模型,提出了由预处理、窗口约束处理和组合约束处理与优化组成的三阶段规划框架。设计了多约束任务规划优化目标函数,并利用交叉、变异和种群选择等遗传机制对优化问题进行了求解。基于海洋一号卫星实际观测需求数据,对提出的算法进行了有效性和性能验证,结果表明本算法能够给出满足多类型约束的观测规划方案,并在观测时间、观测覆盖率等方面较其他策略有显著提升。研究结果表明通过优化目标函数的设计遗传算法能够实现复杂约束条件的成像规划求解,算法框架可为与海洋卫星具有相似业务特点的对地观测规划系统设计提供借鉴。     

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据，这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此，研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点，研究基本算法，设计仿真流程，给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像，软件系统采用瞬时惯性坐标系；基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图；利用两行根数（Two-Line Element，TLE）数据集仿真空间碎片观测值；并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析，得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明，该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台，在兼顾精度与时效性的情况下，获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.      

国外光学成像侦察卫星发展研究

21世纪是信息化战争时代,光学成像侦察卫星作为最重要的天基信息获取系统,一直以来是各主要航天国家的重点发展对象。提高空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率是光学成像侦察卫星长期追求的目标;通过扩大幅宽、升高轨道、灵活姿态机动提高驻留时间;发展光学和雷达综合系统;不断     

国发展研究外光学成像侦察卫星

21世纪是信息化战争时代,光学成像侦察卫星作为最重要的天基信息获取系统,一直以来是各主要航天国家的重点发展对象.提高空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率是光学成像侦察卫星长期追求的目标;通过扩大幅宽、升高轨道、灵活姿态机动提高驻留时间;发展光学和雷达综合系统;不断提高快速响应能力已成为当前研究的热点.     

全球卫星移动通信星座天基星间链路测控方案

针对全球卫星通信星座的测控问题,提出了利用静止轨道卫星作为天基测控网对低轨全球通信星座卫星进行测控的方案,在GEO轨道布置3颗地球静止轨道卫星,建立GEO轨道卫星与LEO星座卫星之间的星间链路来传输测控信息,再将这些信息转发至相应的地面测控站,分析了测控链路的传输指标,评估了星间测控链路的双向传输性能,最后通过仿真分析验证了采用3颗静止轨道卫星组成的天基测控网能够大幅拓展单纯依靠传统陆基测控网的测控可见弧段,其24h测控弧段覆盖率是后者的8倍,总测控时间比后者提升大约10倍.     

美军天基通用数据链发展研究

天基通用数据链(CDL)作为美军"作战响应空间"(ORS)计划下重点发展的关键技术之一,成功验证了成像侦察卫星的战术应用能力,并将成为美军构建多源战场情报体系的重要手段。系统研究美军天基CDL的发展演进情况,对我国开展相关领域论证研究具有一定的参考意义。本文在明确美军天基CDL概念的基础上,着重研究了美军天基CDL的前期技术验证情况和未来实战应用模式,并分析了美军天基CDL的发展趋势,提出了对我国天基CDL发展的几点启示。     

洛马公司的天基红外系统-高轨卫星的研制取得重大进展

该公司已经完成并交付了一个复杂的、高性能通信子系统，该子系统是天基红外系统-高轨卫星星座首颗地球静止轨道卫星红外载荷的组成部分，这在该项目上具有重大里程碑意义。这个通信子系统将在“天基红外系统”中发挥重要作用，它能够从红外载荷向作战人员提供抗干扰、生存力强的通信，提供覆盖全球的导弹发射探测和防御数据。这个子系统还能通过与地面站的持续交互通信对卫星提供安全的指挥与控制。     

月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

为了提高对全球变化的大尺度观测能力,月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减,为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难,根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性,分析模型误差,推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法,补偿了方位空变的模型误差,利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比,与月基单站SAR相比有显著提升,最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。     

电子侦察卫星有效载荷特点及侦察技术比较

为了对地面（海面）雷达、通信和遥测信号等系统所辐射的电磁信号进行侦收与截获，并对辐射源定位，因而对电子侦察卫星有效载荷提出了特殊要求。回美国地球静止轨道电子侦察卫星美国在发射了雪貂一B、A、D低轨道（400～SOOkm）电子侦察卫星以后，开始发射静止轨道电子侦察卫星，由于这种卫星比低轨道卫星所接收的地面信号弱5IOO倍，必须采用提供高灵敏度接收的大型天线，故又称其为“大天线伞”卫星。两种轨道卫星天线尺寸比较，见表1。2集电子侦收与红外成像于一身的美国海洋监视卫星美国海洋监视卫星电子侦收的主要有效载荷是视频接…     

空间目标的ISAR成像及轮廓特征提取

空间目标的逆合成孔径雷达（ISAR）成像由于受自身遮挡及噪声干扰等影响,导致生成的ISAR像难以直接进行图像分析及目标识别。由此,以空间目标的ISAR成像建模为基础对ISAR像处理及特征提取展开了研究。首先,分别建立了目标卫星的ISAR成像模型、ISAR信号模型及ISAR图像函数提取模型,并经过旁瓣抑制与相干斑滤波等初步处理得到了目标卫星的ISAR像。其次,采用Otsu算法、canny算子及Hough变换使卫星旋转至最长轴平行于像平面横轴,通过闭运算填充卫星内部孔洞,去除外部孤立噪声,并基于连通域思想分割出卫星所在子区域,实现了卫星的轮廓提取。所设计的图像处理算法能有效改善ISAR像质量,提取的卫星轮廓线能较好地勾勒出目标卫星的外形结构,为进一步展开卫星的识别工作奠定了重要基础。      

环扫SAR的快速聚焦成像算法

针对环扫合成孔径雷达的成像方法进行研究,分析了环扫合成孔径雷达的工作原理以及信号模型,并提出一种基于频谱分析的聚焦成像算法,该算法较好地校正了批处理数据内的距离徙动,适合对环扫SAR(Synthetic Aperture Radar)进行高精度成像处理.给出了块数据快速聚焦算法的流程图以及简单的推导过程,并在此基础上给出了环扫SAR成像处理的完整流程.较之经典多普勒波束锐化DBS(Doppler Beam Sharpening)非聚焦算法,这种聚焦算法计算量略大,但成像精度高;较之ECS(Extended Chirp Scaling)算法,虽然补偿精度稍低,但计算量大大降低.因此这种算法能够很好地用于环扫SAR高分辨率快速成像.计算机仿真结果验证本文算法的有效性.      

天基信息港的多源信息融合任务调度研究

在天基信息港上实现多源信息融合,可以将数据的传输与处理集中在星上,减少了数据处理中心接收和分发数据的传输时间,提高了信息获取的时效性。考虑到任务高时效性的需求及天基信息港的资源受限,文章提出了天基信息港的多源信息融合任务调度问题,通过分析多源信息融合任务流程、天基信息港的资源特征,以最小化任务完成时间为优化目标,建立了天基信息港的多源信息融合任务调度模型,并设计了一种多机循环插入（Multi-machine Circular Insertion,MCI）算法对模型求解。仿真结果表明,该算法相比于列表调度算法能够平均减少10.8%的任务完成时间,算法运行时间大约为遗传算法的1/20,表明该算法能够满足天基信息港任务调度的高时效性要求。     

星载InSAR空间基线指向优化与设计

分布式卫星SAR系统是近年来受到广泛重视的一种新的雷达成像手段,其中分布式InSAR充分利用编队星座卫星间构成的空间基线进行干涉测高,从而实现立体成像.在InSAR系统设计中,解决好编队星座的设计问题是实现高性能成像的前提和保证,合理的星座构形设计有助于提高测高精度,从而获得高品质的雷达成像效果.从InSAR测高精度分析结果入手,由飞行力学角度阐述星间相对运动对测高精度产生的影响,并基于分析结果给出了一种有别于现有星座的特色编队构形,并对其性能进行了初步分析.      

基于俯冲模型的SAR成像处理和几何校正

针对高速俯冲状态下斜视SAR(Synthetic Aperture Radar)高分辨率成像处理和几何校正方法进行研究,建立了通用的SAR空间几何模型,在此基础上推导了俯冲状态下的等效斜视距离模型,并给出相应的回波信号数学模型.根据高速俯冲SAR的信号特点,采用Burst工作模式,利用改进的ECS(Extended Chirp Scaling)成像算法进行成像处理,给出了成像处理流程和相位补偿因子表达式.根据距离方程和多普勒定位方程组推导了针对ECS成像算法的几何校正计算公式.计算机仿真结果表明,改进ECS算法能够对俯冲模式SAR进行高分辨率成像处理,并对斜视SAR具有较好的处理能力,提出的几何校正方法能够很好地修正几何失真.      

卫星姿态指向抖动与SAR成像质量关系研究

建立了卫星姿态指向抖动的数学模型,基于成对回波畸变理论推导了存在姿态指向抖动时点目标扩展函数的解析表达式,提出了卫星姿态指向抖动幅度与星载SAR(合成孔径雷达)成像质量关系的定量分析方法,为SAR卫星总体分析与设计提供了理论依据.计算机仿真结果验证了结论的正确性.