星载滑动聚束SAR模糊特性分析与仿真

介绍了星载滑动聚束合成孔径雷达（SAR）的成像原理,构造了滑动聚束SAR的方位模糊度计算模型,并分析了其距离模糊度计算模型。系统设计及模糊特性仿真结果表明：模型可用于SAR系统参数优化设计。     

调频连续波合成孔径雷达滑动聚束成像算法

调频连续波(FMCW)体制下,传统脉冲合成孔径雷达(SAR)的"走—停"回波模型已经不再适用,快时间走动项引入的距离-方位耦合项不可以忽略,否则会使图像质量的降低。该文首先构建FMCW回波模型,其次,提出了一种基于两步式的滑动聚束SAR成像算法。所提算法针对滑动聚束模式中,多普勒历程大于脉冲重复频率(PRF)所造成的频谱混叠问题,采用方位频域去斜的预处理加以解决。由于距离徙动校正(RCMC)后方位时域依旧混叠,该算法通过方位去斜在频域完成聚焦避免再一次的解混叠操作。通过仿真验证,该算法能够实现高精度的FMCW SAR滑动聚束成像。     

应用多普勒牵引的高分辨率星载SAR滑动聚束模式设计方法

高分辨率星载合成孔径雷达(SAR)通常采用滑动聚束模式完成成像任务,当分辨率提高到一定程度后,卫星轨道弯曲问题无法忽略,因此需要与之相适应的模式设计方法。为此,文章提出一种应用多普勒牵引的滑动聚束模式设计方法,通过姿态校正的方式保证在合成孔径时间内多普勒中心呈线性分布,使回波可以利用传统的非线性调频变标(NCS)算法完成成像。利用STK和Matlab软件的联合仿真平台,通过建模及仿真成像的方式对设计方法进行验证,结果表明:该设计方法在降低工程实现复杂度和图像后处理的难度上都具有很大的优势,可为我国高分辨星载SAR成像模式设计提供参考。     

滑动聚束SAR空变天线方向图校正方法

滑动聚束SAR是一种新型高分辨率星载SAR工作模式,通过天线波束扫描导致增加方位向相干积累时间,从而可以大幅提升SAR分辨率.滑动聚束SAR波束扫描将引起天线方向图加权二维空变,进而导致采用传统SAR天线方向图测量和校正方法会引入误差,影响SAR辐射定标精度及目标后向散射系数测量精度.针对此问题,提出了一种滑动聚束SAR天线方向图特性分析及校正方法.首先基于滑动聚束SAR仿真数据对滑动聚束模式下SAR天线方向图二维空变特性进行了分析;然后建立距离向和方位向二维多项式模型来拟合天线方向图二维空变误差;最后,基于天线方向图空变误差模型对观测场景SAR图像进行天线方向图校正,仿真实验结果表明,该方法可以有效降低天线方向图二维空变误差的影响,大大提高滑动聚束SAR辐射定标精度和目标后向散射系数测量精度.     

大斜视滑动聚束方位向波束指向控制策略

对星载电扫合成孔径雷达斜视滑动聚束模式，采用传统波束扫描策略中出现的方位向分辨率沿方位向空变大及方位扫描角度过大的问题展开研究。首先，分析采用传统斜视滑动聚束扫描策略情况下，方位向分辨率沿方位向出现空变的原因，探究方位向分辨率与扫描策略、扫描角度的关系。然后，提出基于全局搜索增强鲸鱼优化算法的斜视滑动聚束波束扫描策略，控制不同时刻下的方位向扫描角速度，降低方位向分辨率沿方位向的空变程度，减小天线最大方位向扫描角度，缩短数据录取时间，有效降低系统代价，提升系统性能。最后，通过仿真验证所提策略的有效性，方位向分辨率空变降低至1%以下，数据录取时间与总扫描角度相较于原有方法降低10%以上。     

高分三号卫星聚束SAR误差补偿成像处理技术研究

从高分三号(GF-3)卫星滑动聚束成像模型和回波信号特性出发,针对滑动聚束米级高分辨率SAR聚焦对回波信号误差敏感的特点,重点对滑动聚束高分辨率成像处理算法进行了深入研究,在此基础上提出了一种结合内定标信号幅相误差补偿的滑动聚束高分辨率去斜频率变标(DCS)成像处理算法,给出了算法详细实现步骤和技术流程。利用GF-3卫星实测数据进行了处理效果验证,结果表明:结合内定标信号幅相误差补偿的DCS成像处理算法,能有效改善滑动聚束高分辨率SAR成像的图像质量,可获得更好的成像处理和聚焦效果,验证了算法的有效性。     

合成孔径雷达卫星地基侦察建模与仿真

对合成孔径雷达（SAR）卫星的侦察可以为合成孔径雷达电子战提供有力的支援。在地基侦收站跟踪侦察SAR卫星的背景下,建立了SAR卫星地基侦察模型,该模型利用真实卫星的天线参数及轨道参数,在空间几何模型基础上,获得不同工作模式下方位向的天线增益,并采用插值算法进行处理获得距离向天线增益,通过仿真分析SAR卫星地基侦察信号,为SAR卫星参数估计及工作模式识别等研究奠定了基础。     

应用二维电扫描的星载SAR凝视马赛克模式研究

应用机械扫描实现的星载SAR马赛克模式对卫星平台敏捷机动能力提出高的要求,且由于存在不完全分辨率区域,导致成像效率下降。文章提出一种应用二维电扫描的星载SAR马赛克模式实现方案,它利用二维电扫描,形成多个彼此相邻的聚束图像块,通过拼接这些相邻的聚束图像实现成像范围的扩展,称之为凝视马赛克模式,对应地称采用机械扫描实现的马赛克模式为滑动马赛克模式。文章针对凝视马赛克模式的特点,提出了一种新的系统参数设计方法,通过系统参数设计实例对比分析了凝视马赛克模式和滑动马赛克模式的特点。此外,还分析了相控阵天线不同天线结构对凝视马赛克模式的影响,并通过优化设计得到了满足需求的系统参数。     

敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究

面向具备波束指向捷变能力的小型化敏捷合成孔径雷达(SAR)卫星成像需求,提出了通过平台姿态敏捷机动和载荷波束捷变扫描一体化控制实现条带成像、多条带拼接成像、滑动聚束成像等传统成像模式的方法。针对配合成像过程提出的大角度机动和高精度高稳定度连续指向跟踪控制要求,采用5个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成的"五面锥"构形控制力矩陀螺群作为执行机构,设计了基于姿态四元数和角速度反馈的改进型递阶饱和控制器,实现了平台的敏捷机动和对目标的稳定跟踪指向。数学仿真结果表明:该控制系统有效可行。     

一种聚束SAR回波数据压缩成像方法

针对聚束合成孔径雷达(SAR)成像中的海量数据问题,提出了一种基于压缩感知的聚束SAR回波数据压缩成像方法。首先对回波信号进行分析,利用波前匹配字典构造方法得到回波观测矩阵,其次通过构造二维离散余弦变换(2D\|DCT)等效矩阵得到回波信号的稀疏变换矩阵,然后利用平滑L0算法重构得到观测场景的二维像。本文方法可以在采集远小于传统聚束SAR成像方法所需回波数据量的基础上实现准确成像,最后的仿真结果表明了方法的可行性和有效性。     

星机双基地SAR的工作模式研究

由于卫星速度远快于飞机,传统的条带式已不适用于星机双基地SAR。有文献提出一种"双向滑动聚束式",但该模式存在成像场景长度短、成像算法复杂等缺点。利用星机双基地SAR接收机端信噪比高的特点,提出两种新的工作模式,分别是"卫星宽波束、飞机反向滑动聚束式"和"双宽波束式"。当仅展宽飞机波束时,"双宽波束式"演变为"宽波束接收式"。从理论上分析两种工作模式的可行性,并计算得出典型参数下的技术指标。相比于"双向滑动聚束式",在方位分辨率相等的条件下,这些新模式的场景长度都明显增加。但除"宽波束接收式"外,所提两种新模式将使返回卫星的单基地回波无法使用。文末分析了几种工作模式的适用场合。     

高分辨率星载聚束式SAR的极坐标格式成像处理

极坐标格式算法是应用于聚束式 SAR成像处理的经典算法。基于极坐标格式算法 ,研究了高分辨率星载聚束式 SAR的成像处理及相关问题 ,分析了非平面运动、运动测量误差对成像质量的影响。最后 ,通过计算机仿真 ,给出高分辨率的星载聚束式 SAR的成像结果。     

高分辨率星载聚束式SAR改进的ECS成像算法

提出一种适用于高星载聚束式合成孔径雷达（SAR）的改进Extended Chirp Scaling（ECS）算法。基于斜视距离等效模型，推导出改进的ECS算法，给出改进的方位Scaling因了以及算法的实现步骤。在斜视情况下改进的方法Scaling因子可以减小算法所需要的方位时间展宽，提高方位处理效率。为解决高分辨率星载聚束式SAR脉冲重复频率（PRF）过高等问题，在算法中结合了子孔径处理，并分析了采用子孔径处理的必要性及其实现方法。最后，通过计算机仿真，验证了算法的有效性。     

改进的发射机固定双基SAR频域成像算法

首先建立了发射机固定、接收机工作在三种模式下(条带、聚束、滑动聚束)的一站固定式双基SAR回波信号模型,给出了回波模拟方法并总结了该类双基SAR的成像特点,然后对基于RD域分块的二维频域成像算法做了改进,在没有明显增加计算量的情况下,提出一种基于距离标度插值的方法,解决了残余相位补偿中出现的畸变问题,详细论证了一次分块处理所存在的问题,并提出采用两次分块处理的方法对算法进行完善,最后通过大场景点阵目标仿真实验,验证了本文方法的正确性和处理宽测绘带数据的可行性。     

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。     

Radarsat-2的系统组成及技术革新分析

Radarsat-2是加拿大继Radarsat-1之后的新一代商用合成孔径雷达(SAR)卫星,它在继承Radarsat-1原有成像模式和技术特点的基础上,进行了较大范围的技术革新.总结了Radarsat-2的系统组成和性能参数,并重点分析了其包括超精细分辨率成像、全极化成像、左右视成像等在内的技术革新和技术实现.Radarsat-2作为当前十分先进的星载SAR系统,为未来星载SAR的发展指明了方向.     

国外星载SAR系统的最新进展

简述了日本、意大利、德国、加拿大等国发展SAR卫星的近况;重点论述和研究了国外主要星载合成孔径雷达系统的技术指标和性能;在对比分析的基础上,提出我国应对国外星载SAR系统工作模式、数据格式及采用的新技术、新算法等进行研究,对高精度的轨道保持技术和姿态控制技术,分布式编队小卫星SAR系统总体技术等关键领域开展攻关。     

天线波束指向控制对TOPSAR成像质量的影响

星载TOPSAR模式天线波束指向控制对其成像质量有重要影响。基于成对回波原理,分析了星载TOPSAR模式波束指向控制对方位向信号的调制规律,建立了星载TOPSAR模式方位向波束指向步进控制的数学模型,并利用傅里叶级数展开给出了波束步进控制下的天线方向图表达式,最终推导出了方位向成对回波的幅度和位置的表达公式,定量描述了波束指向步进控制与成对回波幅度和位置之间的联系,为星载TOPSAR模式波束指向步进控制指标的合理设计奠定了基础。最后,计算机仿真表明了理论分析结果的正确性。     

星载合成孔径雷达电子战数学仿真研究

研究并建立了精确描述星载SAR平台、目标、干扰平台之间的空间几何关系模型,建立了星载SAR电子战数学仿真模型,详细介绍了仿真系统中的关键数学模型。开发了星载SAR电子战仿真系统,该系统能够仿真SAR各种工作模式、各种对抗方式和各种干扰样式。