一种星载SAR模糊区回波信号仿真方法

模糊度是星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)星地一体化系统方案设计中的重要技术指标.为了定量化研究模糊度对图像质量的影响,提出了一种星载SAR模糊区回波信号的仿真方法.该方法采用星载SAR模糊区回波信号模型.利用该方法生成包含观测区场景和模糊区场景的星载SAR回波信号,经成像处理后可以获得具有模糊特性的SAR图像.该仿真方法为定量化研究模糊度与图像质量之间的关系提供仿真工具,它能够反映模糊区目标的图形特征,为SAR图像的解译判读提供参考依据.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.      

星载SAR亚马逊雨林辐射定标仿真研究

辐射定标是准确、定量描述星载合成孔径雷达(SAR)系统性能的重要手段.星载SAR在轨运行期间,天线方向图较之发射前可能存在较大的失真,从而严重影响所获取的SAR图像数据质量,因此准确测量在轨飞行时天线俯仰向方向图特性并予以补偿是星载SAR辐射定标的主要内容之一.利用具有均匀后向散射系数特性的分布目标进行外定标是测量双程俯仰向天线方向图的最佳方案,而亚马逊雨林是全球最稳定、最均匀、最平坦的分布目标,后向散射系数几乎不随入射角变化,是公认的理想测试场地.鉴于目前我国尚无自行采集的星载SAR图像数据,我们对星载SAR回波功率仿真、天线方向图模型参数估算进行了深入、系统的研究,利用仿真的亚马逊雨林SAR功率图像成功地实现了星载SAR俯仰向天线方向图在轨测试关键环节的模拟,对我国的星载SAR辐射定标研究具有一定的理论意义和重要的工程实用价值.      

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LCMV算法的星载SAR距离模糊抑制方法

距离模糊抑制是星载合成孔径雷达(SAR)系统顶层设计中的关键问题之一.增加天线高度可以抑制距离模糊,但卫星平台往往对天线尺寸有所限制.指出了距离模糊抑制对于提高可视观测带宽度、产生高质量雷达图像的重要性,介绍了距离模糊的数学模型,提出了分布距离模糊度的概念,分析了平均距离模糊度与分布距离模糊度的区别,给出了应用线性约束最小方差(LCMV)算法抑制星载SAR距离模糊的方法.仿真结果证明,该方法在天线高度不变的情况下,不仅能够提高平均距离模糊度,也可以改善分布距离模糊度.      

星载SAR天线展开机构装配精度确信可靠性建模

星载合成孔径雷达（SAR）天线展开机构是空间桁架结构,其杆系和铰链的空间位置相互耦合,在装配过程中主要依赖于人工装调,装配精度难以准确控制,装配可靠性直接影响星载SAR天线的服役性能。为此,基于可靠性科学原理,提出星载SAR天线装配精度确信可靠性建模方法。考虑天线装配过程中影响装配精度的内因和外因,确定表征天线展开机构装配精度的性能指标及阈值,建立性能裕量模型。开展多源不确定性分析与量化,构建星载SAR天线展开机构装配精度确信可靠性模型。以某型号星载SAR天线展开机构为研究对象,进行可靠性敏感度分析和验证。研究结果表明：所提方法可为星载SAR天线展开机构装调提供理论指导,有效提高装配精度和效率。     

波束跃度对星载SAR滑聚模式成像影响分析

针对星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)滑动聚束模式方位向天线波束无法实现空间连续运动而引入虚假目标的问题,提出了波束跃度对成像质量影响的定量化分析方法.首先在方位向天线波束控制前提下,构建了星载SAR滑动聚束模式回波信号的数学模型.在此基础上,采用成对回波理论定性与定量化分析了波束跃度对成像质量的影响,尤其给出了天线最小波束跃度与虚假目标幅度和位置的定量映射关系,并讨论了不同波段下,虚假目标对分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比以及系统增益的影响,为系统顶层合理论证天线最小波束跃度指标提供了可靠的理论依据.通过计算机仿真实验验证了提出的理论分析方法的正确性.     

基于多通道天线高分辨率星载SAR 实现方法研究

对基于多通道天线实现高分辨率星载SAR的方法进行了深入研究,建立了三通道天线SAR的回波信号模型,提出了一种回波处理方式,将单发三收模式下的回波数据转变为传统的单发单收模式下的回波数据,可用常规条带式成像方法进行成像处理.对采用多通道天线实现高分辨率星载SAR涉及到的脉冲重复频率PRF偏离问题进行了深入分析和研究,推导出PRF偏离造成的虚假目标的理论位置和虚假目标与真实目标的峰值功率比值,计算机仿真试验证明了上述内容的有效性.      

星载SAR相控阵天线热变形误差分析

根据星载SAR相控阵天线结构特点,建立了天线热变形误差的数学模型,定义了阵面不平整度指标.基于成对回波畸变理论,推导了天线阵面存在热变形误差时的方向图函数表达式,导出了单频热变形误差分量与模糊度之间的统计关系,提出了定量分析星载SAR相控阵天线热变形误差对模糊性能影响的有效方法.基于L波段星载SAR天线进行了计算机仿真,验证了分析方法的正确性.      

高分辨率多通道天线星载SAR的MCCS成像算法

在分析经典条带成像算法在处理高分辨率多通道天线星载SAR(Synthetic Aperture Radar)回波信号方面局限性的基础上,提出适用于高分辨率多通道天线星载合成孔径雷达的多通道Chirp Scaling成像算法(MCCS, Multi-channel Chirp Scaling Algorithm).该算法利用补偿滤波器组来实现从高分辨率多通道天线星载SAR回波数据到传统条带SAR回波数据的等效转换,利用Chirp Scaling原理实现精确聚焦,进而从根本上摆脱了分布相位中心(DPC,Displaced Phase Center)等效条件对高分辨率多通道天线星载SAR的约束.最后通过计算机仿真结果验证了该算法的有效性.      

星载SAR辐射定标及其精度分析

随着星载合成孔径雷达（SAR)应用需求的发展,为了观测目标的物理特征,可以利用辐射定标技术获取更加精确的目标后向散射系数信息。主要完成单通道单极化条带成像模式下辐射定标及其精度分析,首先从雷达方程出发,进行严格的数学推导研究单通道单极化条带模式辐射定标技术;其次给出通过对已知雷达散射截面积的目标的观测,得到SAR图像上的灰度值与绝对的雷达散射截面积之间的关系;采用测量定标常数的方法,并基于辐射定标流程建立辐射精度误差模型和计算公式,重点研究了短期相对定标和长期相对定标中各因素对精度的影响。而且针对定标常数对绝对定标精度的影响给出了详细说明,指出星载SAR系统需要定期地完成系统修正。最后以TerraSAR-X卫星为例进行了计算验证,结果表明辐射精度预估值与实测值相差小于0.05 dB。     

基于二维deramp处理的高分辨率 聚束SAR成像算法

有效解决回波信号的数据率是高分辨率聚束式星载SAR的难点之一.基于两步成 像算法和CS(Chirp Scaling)成像算法,提出了一种适用于高分辨率聚束式星载SAR的成像算 法——TDDCS(Two Dimension Deramp Chirp Scaling)成像算法.该算法从距离dechirp处理 后回波信号出发,首先利用二维deramp 处理来消除频谱混叠现象,这不仅能实现以对应条 带模式的脉冲重复频率来设计聚束SAR系统,也保证满足观测带宽度所需的回波窗长度,接 着利用CS处理和相位补偿实现精确的距离徙动校正,最后利用方位相匹配滤波 处理实现方位向压缩,得到最终的成像结果.基于等效斜视模型,给出了整个算法的详细推 导过程和实现流程,通过计算机仿真验证了本算法的有效性.      

基于星上实时信号处理机的Chirp Scaling算法实现方法

基于改进的Chirp Scaling算法,提出了一种适用于星上实时信号处理机的高效成像处理实现方法,其核心思想也可应用于其它高分辨率星载SAR的精确成像算法.首先介绍了实时信号处理机的结构,分析了数据处理粒度及其并行流水处理结构.在此基础上,针对单个粒度的成像处理重新设计了算法流程,提出了一种高效的实现方法.利用实时信号处理机,对仿真的回波数据进行了成像处理实验,结果表明:在41?s内能够完成成像处理,成像处理速度和图像质量满足系统设计要求,从而验证了该方法的有效性.     

Deramp range migration processing for space-borne spotlight synthetic aperture radar

The deramp range migration algorithm (DRMA) for space-borne spotlight synthetic aperture radar (SAR) is presented, which is based on the two-step algorithm and range migration algorithm. The presented algorithm combines the advantages of SPECAN algorithm and range migration algorithm. Firstly, the presented algorithm performs a bulk azimuth raw data compression to achieve a pixel spacing no larger than the expected azimuth resolution of the fully focused image. Therefore, the azimuth spectral folding phenomenon is overcome. Secondly, the residual and precise focusing of the synthetic aperture radar data is achieved by applying the range migration algorithm. The space-borne SAR focusing parameters’ computation is also described in the paper. At the end of this paper, results are presented which confirm the validity of the presented algorithm.     

Space-borne synthetic aperture radar received data simulation based on airborne SAR image data

Starting from airborne SAR image data, a method of simulating space-borne SAR raw received data is proposed, excluding the conventional method of simulating the targets’ back-scattering coefficients through the model of three-dimensional distributed targets. The airborne SAR image data are regarded as space-borne targets’ back-scattering coefficients, and raw data are generated by using space-borne SAR echo signal model. Raw data’s simulation of space-borne SAR can help us to optimum design of space-borne SAR system scheme, test and evaluate the performance of every imaging algorithm, and research motion error from satellite platform having influence on received data and image quality.     

基于DEM的星载SAR图像模拟以及用于图像精校正

根据星载SAR的距离-多普勒成像原理对DEM的三维位置点进行成像几何位置的计算,然后根据经验公式给出了雷达后向散射系数的模拟方法。针对DEM格网间隔和SAR图像分辨率的不同,以及由于侧视成像雷达的特点而导致山区的迎坡和背坡模拟图像点密度不均匀等问题,采用了基于DEM格网点内插的算法。最后应用模拟的SAR图像和真实图像匹配来实现星载SAR图像的几何精校正处理。通过采用RADARSAT的实际图像进行了图像的模拟和几何校正,证明了方法的可行性。     

高精度星载SAR多普勒参数估算方法

提出了一种基于空间坐标转换,利用卫星位置、速度参数精确估算星载SAR(Synthetic Aperture Radar)全观测带多普勒参数的方法.利用卫星速度、位置,通过星载SAR空间几何模型和坐标转换关系,建立SAR图像中斜距同卫星下视角之间的四次方程,解出下视角并进一步计算出该斜距处的多普勒参数值.仿真结果表明,该方法在无卫星位置、速度误差情况下估算精度达到0.02Hz(多普勒中心频率)和2×10-4Hz/s(多普勒调频率);存在卫星位置测量误差(300m)以及速度测量误差(0.3m/s)的情况下,估算精度达到0.8Hz(多普勒中心频率)和0.07Hz/s(多普勒调频率).该方法适用于单星SAR以及分布式SAR高精度多普勒参数的估算.      

自适应RLS算法及其在SINS／SAR组合导航中的应用

在捷联惯导（SINS）／合成孔径雷达（SAR）组合导航系统中,SAR的匹配定位信息往往数量有限,而且时间间隔互不相等。提出一种自适应递推最小二乘（RLS）算法用于组合导航。该算法将正交性原理应用于最小二乘算法中,通过构造自适应渐消因子,实现时变参数的自适应估计,给出了自适应RLS算法的递推公式,并从理论上分析了该算法的收敛性。仿真结果验证了自适应RLS算法用于SINS／SAR组合导航系统的可行性和有效性。     

0.1m分辨率机载SAR孔径依赖性运动补偿方法

讨论了0.1m分辨率机载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)运动补偿方案设计中的一个新问题.超高方位分辨率意味着长合成孔径和大相干积累角,条带模式下的回波数据中可能包含不可忽略的方位角度相关的残余运动误差.分析了这种运动误差孔径依赖性对机载SAR成像质量的影响,它将造成图像的几何失真和方位散焦.提出了一种基于子孔径数据处理的补偿方法,根据雷达瞬时照射时刻与多普勒频率之间的关联性对数据进行方位向上的分段和补偿,可以直接嵌入联合一阶运动补偿和二阶运动补偿的成像处理流程中.仿真结果表明此孔径依赖性运动补偿方法进一步改善了图像的聚焦质量.     

星载综合孔径雷达设计特点

星载雷达飞行高度高,测绘带宽,因此地球曲率对成像的影响必须考虑;兼之卫星运行轨道偏离理想圆形,雷达离地面高度是个变数,这就使其运动补偿具有自己的特色。其次由于卫星运行速度极快,测绘带又宽,因此星载综合孔径雷达方位和距离模糊问题十分突出。再次,星载综合孔径雷达不满足聚焦深度条件,距离单元位移现象十分突出,必须专门加以校正等等。本文将从上述几方面,探讨星载综合孔径雷达总体设计的特点。