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。     

分布式天基雷达动目标检测性能分析

针对多部天基雷达采用分布式工作体制检测运动目标面临的杂波抑制困难问题,分析了沿航迹基线长度、有效基线长度、地面坡度、波束指向误差、图像配准误差、通道幅度和相位误差对杂波抑制和动目标检测性能的影响。仿真实验结果为以动目标检测为目的的卫星编队构形和雷达参数选择提供了一定依据。     

主星带辅星的分布式SAR二次干涉动目标检测方法

设计了一种以满足GMTI功能为主同时兼顾InSAR功能，由1颗主星和4颗辅星组成的双椭圆绕飞被动稳定编队构型，利用绕飞编队的对称星消除垂直轨迹基线从而获得虚拟的单纯沿航迹基线。提出了对称星二次干涉处理方法，将杂波对消与沿航迹干涉（ATU技术结合起来，在杂波对消后进行动目标检测，并指导在检测到动目标存在的区域进行二次干涉，降低了虚警率，提高了检测精度；同时利用长基线获得较小的最小可检测速度，二次干涉提供的参差基线解速度模糊提高了最大不模糊速度，从而增大了速度可检测范围。计算机仿真结果表明该方法即使在地面场景高程有较大起伏时也能有效进行动目标检测并进行精确测速和定位。     

一种顺轨干涉SAR时变平地相位去除方法

顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR),可以利用2幅SAR图像的干涉相位信息实现对动目标的检测和径向速度的测量。在实际情况下,由于平台和天线相位中心的不稳定,干涉基线的倾角变化会导致时变的交轨基线分量,从而引入平地相位干扰运动目标的检测和测速,需要去除其影响。针对此问题,提出一种基于回波数据的时变平地相位去除方法。该方法通过最小二乘法估计出基线在平地相位中的影响系数,再反演出估计的平地相位值,从而在干涉相位中进行去平地相位,提升了运动目标的检测和测速性能。通过仿真实验验证了理论公式的正确性,并计算了误差。     

星载方位多通道斜视SAR对运动目标成像方法

由于受到斜视角和运动速度的影响,方位多通道合成孔径雷达(SAR)的方位模糊和速度模糊问题更加严重,从而影响斜视模式下运动目标的多通道重建与成像。为了解决该问题,文章提出了一种星载方位多通道斜视SAR运动目标成像方法。首先,分析并建立斜视模式下运动目标精确回波模型,然后,基于谱估计及改进Radon变换实现运动目标无模糊径向速度估计,对目标二维频谱进行匹配滤波实现运动目标成像。最后,点目标仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种基于扩展卡尔曼滤波和最小均方准则的无控制点InSAR基线估计方法

基线误差是影响干涉合成孔径雷达（InSAR）测量高精度的主要误差源之一。因此，在进行数字高程图（DEM）高程反演的过程中，需要进行高精度的基线估计来提高DEM数据的精度。文章详细推导了InSAR系统的各项误差与测高精度的关系，得到了误差传播公式；然后提出了一种在扩展Kalman滤波的基础上，使用LMS最小均方误差准则的无控制点基线估计方法。该方法解决了在地面控制点获取困难的条件下，飞行平台与地面之间的相对高度未知的问题。最后，通过仿真实验验证了该方法的有效性：在相位误差、斜距误差、基线长度误差和倾角误差共同作用下，基线定标精度可达到0.1mm，满足0.5m相对高程精度对于基线估计的要求。     

基于泛化熵随机森林的雷达目标航迹起始方法

文章提出了一种基于泛化熵随机森林的雷达目标航迹起始方法,通过引入一种泛化熵可调参数,解决了传统随机森林算法对差异数据集泛化能力和适应性差且难以确定全局最优解的难题。首先利用雷达多周期回波数据构建随机森林算法决策模型,其次基于设计的泛化熵处理规则对实测数据进行分类处理得到所需测试样本,最后将测试样本输入完成模型训练的随机森林进行迭代寻优和自主决策以获取雷达目标的航迹起始结果。雷达实测数据验证表明,文章所提出的方法相比于传统随机森林方法具有更为优越的目标航迹起始性能。     

星载合成孔径雷达目标定位误差分析

星载合成孔径雷达(SAR)通常利用星历表和雷达回波数据的距离-多普勒参数来实现对目标的定位。其优点是,不需要在雷达视场中使用任何位置确知的参考点,并且与卫星的姿态数据无关。在已经导出的目标定位公式的基础上,用解析法导出了计算定位误差的完整公式,并对定位误差的来源进行了详细讨论,还介绍了定位精度的评估方法,弥补了现有文献的缺陷。     

宽带雷达目标特性建模与回波仿真

根据宽带雷达目标电磁散射特性,采用基于几何绕射理论的GTD(几何绕射)模型对目标电磁散射特性进行建模;在此基础上,构建宽带雷达目标回波信号模型,结合回波信号特征,提出了一种基于去斜的宽带雷达目标回波仿真方法。对宽带雷达发射信号进行去斜处理以及傅里叶变换,得到去斜后的频域发射信号,将该信号与表征目标频域散射特性的数据在频域相乘并进行逆傅里叶变换,实现时域卷积,获取去斜后的宽带雷达回波信号。经过ISAR(逆合成孔径雷达)处理,对回波数据进行成像,验证了该方法的有效性。该方法能够有效减少运算量,降低工程化实现难度,可用于ISAR回波信号模拟设备。     

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。     

基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法

为了解决目标识别、隐身目标设计等研究领域对雷达图像需求日益增加的问题,提出了一种基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法。该方法利用射线追踪计算每一个射线管的散射电场及其在雷达成像平面的投影坐标,通过将所有射线管的贡献在像域进行累加得到1幅二维雷达图像。通过对不同路径射线的聚类,可实现对散射贡献的分离,从而建立目标部件与强散射源的对应关系,并对复杂目标雷达图像进行解释。给出了Slicy目标的快速雷达图像仿真与算例分析,分析结果表明:基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法可对复杂雷达图像进行有效预测,并能对强散射源进行成因分析。     

分布式小卫星雷达平台沿航向排列研究

以小卫星群作为平台的天基分布式雷达具有多种用途。沿航向直线排列是分布式小卫星群的一种特殊轨道构形。由于阵列的等锥角线和等多普勒频率线重合，给SAR成像和地面运动目标检测的信号处理带来了极大的便利。受到地球自转的影响，多颗卫星采用同一轨道飞行并不能真正实现沿航向直线分布。为了克服地球自转的影响，现提出满足Hill方程的一种基本不消耗燃料的轨道设计，使多颗卫星飞行在不同的轨道上而实现真正的沿航向直线分布。数学分析表明它可以有效消除地球自转的影响。结合SAR成像的仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种多普勒域走动校正的斜视SAR成像算法

为了解决时域校正走动带来的方位空变性问题,提出了一种在方位多普勒域走动校正的斜视合成孔径雷达（SAR）成像算法。文中利用级数反演理论,将斜距公式展开至三次项,推导出SAR回波信号的两维频谱表达式。再从两维频谱出发,提出了基于两维频谱匹配滤波的斜视SAR成像算法。该算法考虑到距离空变性问题,提出先在两维频域进行走动校正和相位预滤波,接着在距离多普勒域进行线性频率变标的处理方法,经过距离脉压和方位脉压能够得到聚焦良好的SAR图像。此外,该方法与距离徙动（RMA）算法相比可以有效地降低需要处理的数据量。最后,临近空间SAR仿真实验证明本文提出方法的可行性和有效性。     

基于直升机平台SAR的方位重影抑制方法

直升机合成孔径雷达(SAR)已成为遥感领域的重要探测工具。针对平台微小高频振动导致方位重影,造成图像质量降低的问题,提出了一种振动相位补偿算法。首先利用回波录取的几何构型,推导基于直升机振动平台的SAR回波表达式,并引入雅可比-安格尔恒等式,对回波完成一阶贝塞尔级数展开,获得高频振动误差与方位向重影的关系式。然后,从直升机SAR实测数据入手,对方位相位进行差分、提取和快速傅里叶变换,得到振动频点信息,并对频点信息进行反演,得到高频误差相位。最后,利用高频误差相位对原始回波进行补偿,抑制成对回波模糊现象,从而消除方位重影。基于实测数据的成像处理结果验证了所提方法的有效性。     

基于最小二乘支持向量机的SAR平台定位

将SAR平台定位分解为粗略定位和精确定位两个阶段。首先,在SAR正侧视成像的条件 下,利用某个方位门内的所有控制点,采用非线性最小二乘平差粗略估计出SAR平台在该方 位时刻的空间位置,并从理论上推导了控制点的误差协方差矩阵到SAR平台定位的误差协方 差矩阵的传递规律。其次,利用各个方位时刻粗略估计的SAR平台位置,采用最小二乘支持 向量回归机精确估计SAR平台的运动方程,从而精确估计SAR平台在某个时刻的空间位置。仿 真试验表明,本文提出的方法能够精确地反演出SAR平台的空间位置。
     

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR／GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。     

TanDEM-X: A radar interferometer with two formation-flying satellites

TanDEM-X (TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurements) is an innovative formation-flying radar mission that opens a new era in spaceborne radar remote sensing. The primary objective is the acquisition of a global digital elevation model (DEM) with unprecedented accuracy (12 m horizontal resolution and 2 m relative height accuracy). This goal is achieved by extending the TerraSAR-X synthetic aperture radar (SAR) mission by a second, TerraSAR-X like satellite (TDX) flying in close formation with TerraSAR-X (TSX). Both satellites form together a large single-pass SAR interferometer with the opportunity for flexible baseline selection. This enables the acquisition of highly accurate cross-track interferograms without the inherent accuracy limitations imposed by repeat-pass interferometry due to temporal decorrelation and atmospheric disturbances. Besides the primary goal of the mission, several secondary mission objectives based on along-track interferometry as well as new bistatic and multistatic SAR techniques have been defined, representing an important and innovative asset of the TanDEM-X mission. TanDEM-X is implemented in the framework of a public–private partnership between the German Aerospace Center (DLR) and EADS Astrium GmbH. The TanDEM-X satellite was successfully launched in June 2010 and the mission started its operational data acquisition in December 2010. This paper provides an overview of the TanDEM-X mission and summarizes its actual status and performance. Furthermore, results from several scientific radar experiments are presented that show the great potential of future formation-flying interferometric SAR missions to serve novel remote sensing applications.     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。     

P波段SAR射频干扰信号分析及抑制方法研究

分析了实测P波段SAR静默接收数据,研究了模拟电视信号的频谱特性。针对P波段SAR回波中的模拟电视干扰信号,提出了一种新的干扰抑制方法。通过在时域拼接多个脉冲的回波数据增加模拟电视信号的观测时间以提高频率分辨率,进而在距离频域对其准确识别。根据模拟电视信号的频谱特征,在距离频域构造滤波器组滤除模拟电视信号的离散谱线,保留了谱线间SAR回波信号的频谱分量。实际回波数据的成像处理结果验证了方法的有效性。     

机载合成孔径雷达ETF成像算法研究

根据传统ETF成像算法,详细推导机载斜视模式下最优聚焦函数,分析算法使用中应该满足的分块处理条件,给出算法实现流程。与传统ETF算法相比,该算法推导过程方位相位的计算不作近似截取而作准确计算,使得该算法具最优的相位精度。分块处理条件的推导为算法的实际应用提供了理论依据。点目标仿真以及原始回波数据成像结果证明该算法有效。