电磁超材料在超宽带雷达隐身微小卫星设计中的应用

针对微小卫星在雷达频段面临的宽带隐身问题,提出利用电磁超材料实现卫星隐身的设计方案,该方案包括两种不同类型的电磁超材料雷达吸波体。其中多层结构超宽带吸波体利用高阻表面设计耦合型吸波结构,适用于微小卫星星体及太阳能电池阵背光面,工作频带覆盖S、C、X、Ku频段;透光型混合结构宽带吸波体利用高透光的氧化铟锡设计吸波结构,适用于卫星电池阵受光面,隐身频带覆盖X、Ku频段。样件及整星的仿真和实验结果表明,电磁超材料构建的雷达吸波体可以实现超宽频带电磁波的有效吸收。将该材料应用于微小卫星的设计中,可以达到卫星整星RCS缩减的目的。该材料不论是机械强度、密度、透光性,还是抗原子氧剥蚀能力都具备潜在的工程应用价值。     

基于GPS测量的编队飞行的主星轨道对星间基线确定的影响

针对编队飞行系统中的高精度星间基线确定问题,对编队主星轨道状态与星间基线进行了关联建模.基于GPS测量的相对导航模型解和测量基线与工作基线之间的坐标转换,建立了相应模型并分别给出了误差传播关系,讨论了主星状态对星间基线确定的影响.该影响的规律和大小与多方面因素有关,其中小卫星编队与GPS星座之间的观测几何特别是编队宽度是主导因素,在宽编队情形下,为得到高精度星间基线,对于主星轨道状态的精度要求较高.     

分布式小卫星SAR回波信号精确仿真方法研究

针对分布式小卫星SAR回波信号仿真，建立丁回波信号的数学模型，并基于空间坐标变换建立了分布式小卫星SAR回波信号仿真模型。通过计算机仿真，生成了一组Cartwheel构型的主星带伴随星群的分布式小卫星SAR回波信号，并通过成像及干涉处理，得到干涉相位图，验证了模型的有效性。仿真结果证明，本文提出的仿真模型能够精确的模拟分布式小卫星SAR回波信号，并能够灵活地注入各种误差，生成有效的回波仿真数据。     

分布式航天器应用系统编队构形优化设计一般方法

从系统性能优化角度出发，提出分布式航天器应用系统编队优化设计一般方法，将其概括为求解一个优化问题。根据系统任务要求，建立通用目标函数，用性能指标的加权和来表示；选取优化问题的决策变量，用编队设计变量的矢量组合表示；以基线矢量过渡，建立性能指标与编队卫星设计变量的关系，进而建立优化问题的目标函数与决策变量的关系，得到完整的优化问题描述；采用遗传算法求解。针对主星带辅星群体制分布式干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）系统进行仿真编队优化设计，并与干涉车轮和钟摆进行仿真分析比较，仿真结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

InSAR图像配准雷达几何法处理性能分析

图像配准是干涉合成孔径雷达(InSAR)信号处理的关键步骤。基于雷达几何的InSAR图像配准方法。利用主辅雷达成像几何和外部数字高程模型(DEM)进行主辅SAR图像配准。基于SAR图像距离多普勒定位方程,系统梳理了配准处理精度的影响因素,对各误差因素的作用机理进行了理论分析,并综合分析了该算法对重复航过和单次航过InSAR系统图像的配准处理性能。仿真结果验证了理论分析方法的有效性。分析结果对我国InSAR地面系统建设和相关卫星指标论证具有重要的支撑作用。     

一种基于球面剖分的星座性能分析方法

在卫星星座优化设计与性能分析过程中,根据球面Delaunay三角网和Voronoi图的特性,首先研究了任意状态下星座空间几何构形划分方法,定义了卫星所属覆盖区域。然后,通过分析卫星星座和地面目标区域之间的几何关系,提出了星座对任意类型地面目标的最小观测仰角和平均观测仰角的确定性计算方法。在此基础上,分析了基于星座空间几何构形划分的卫星系统网络的时变特性,提出了星间通信链路快速建立方法。最后,以铱星系统为例,分析了该系统的对地覆盖能力和星间链路通信能力。实验结果表明该方法不仅可以准确、快速的评估卫星系统应用效能,同时能够为星座优化设计人员提供必要的决策支持。     

主星带伴随小卫星编队SAR系统干涉测高精度与编队构形设计

针对主星伴随小卫星编队SAR新的干涉几何关系,在给出其新的干涉测高原理的基础上,建立了绝对高程误差模型和相对高程误差模型。分析了空间基线姿态参数与测高精度之间的关系,给出了具有一般性意义的测高精度关于三维基线姿态的分布全貌图。以此测高精度分布图对两种典型编队构型的测高性能进行了分析,指出两种编队在设计上的先进性,证明了该图对基于测高性能的编队构型优化设计具有重要意义。     

双星InSAR时间同步误差对相位同步的影响

针对双星编队的InSAR雷达系统，提出了SAR与相位同步一体化的系统框架，在双星时间同步误差的基础上，提出了一种综合考虑时间同步误差、SAR和相位同步发射及接收链路时延的双星相位同步设计方法，给出了相位同步补偿后的辅星回波信号相位和双星干涉相位，推导了两种时变相位误差功率谱密度，经过理论分析和仿真试验证明：相位同步补偿后，时间同步误差不影响相位同步精度，只影响辅星目标位置。辅星回波固定相位误差较大，但不影响成像，双星干涉固定相位误差为千分之几度，对干涉测高精度影响可以忽略，辅星回波和双星干涉时变相位误差与主星相近。     

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。     

卫星星座的相对几何和区域覆盖重复周期

研究了在设计δ星座或者由几个δ星座的某些卫星构成的星座时经常需要考虑的三个问题：任意两颗卫星是否在同一条星下点轨迹上，同一条星下点轨迹上的卫星通过某一区域的相对顺序和星座对某特定区域或地点覆盖重复周期的计算。首先对δ星座中卫星之间的相对几何关系做了详细的分析，给出了第一个问题的判断准则，并进一步导出了位于同一条星下点轨迹上的卫星通过某一指定地区的相对顺序以及相应的时间间隔的计算方法。在解决前两个问题的基础上，针对由一个或几个δ星座(或子星座)构成的设计星座，给出了计算其区域覆盖重复周期的方法。     

微纳InSAR卫星总体技术研究

微纳合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR)卫星是对地定量化遥感的重要手段。开展了微纳InSAR卫星系统总体技术研究，给出了使得干涉测量覆盖范围最大的双星编队构型设计方法，建立了低燃料消耗双星轨道参数设计准则，提出高功能密度比InSAR卫星系统的设计方法，包括载荷平台一体化、卫星高集成模块化等总体设计方法，并给出了相应的设计实例。     

一种低轨卫星星座覆盖性能通用评价准则

针对不同构形卫星星座的统一评价问题,提出了一种低轨星座覆盖性能的通用评价准则,可对不同构形和不同高度的星座对地覆盖性能进行统一评价。该准则将星座的对地仰角特性转化为具有相同覆盖能力的标准卫星数,以之同星座中实际卫星数的比值作为星座覆盖性能指数对星座实施评价。利用该评价准则,计算了Iridium、Globalstar、Celestri和NeLS四种星座构形覆盖性能的评价指数并提出了改进方法。     

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。     

同时地形高程测量和地面运动目标检测的分布式InSAR最优编队构形

分布式小卫星干涉SAR为了同时获得时间基线(用于地面运动目标检测)和空间基线(用于地形高程测量),采取空间立体编队构形(即非沿航向直线编队),然而这种混合基线的情况会导致地面运动目标与地形杂波存在相位耦合,而且只靠信号处理方法很难分离,这对于检测地面运动目标极为不利。提出几种最优编队构形,在保证获得两种干涉基线的同时,通过对消两对干涉SAR图像来抑制掉固定杂波,从而可以检测地面运动目标,这种方法具有处理简单和性能较好等优点。最后给出了仿真结果。     

基于样条模型的高精度星间相对定位与定姿

针对分布式小卫星编队的星间相对定位与定姿的高精度要求，提出了基于样条模型的星间相对定位与定姿的新方法。新方法将一段连续时间内的卫星状态参数用样条参数模型表示，将直接估计状态参数转化为样条参数，减少了待估参数的个数，实现了多时刻状态联解，提高了姿态参数对距离变化的敏感性，结构更加稳定。仿真结果表明，相对定位精度由5mm提高到2mm，相对定姿精度由0．0004弧度提高到0．00003弧度，并解决了估计不稳定现象。     

基于平均轨道要素的干涉SAR编队构形设计方法研究

提出了一种在整个轨道周期内沿轨迹向和垂直轨迹向均存在稳定基线组合的三星编队，并在考虑J2摄动基础上给出了其轨道设计方法。依据系统任务要求给出了该队形设计的约束条件，初步确定了编队的平均轨道参数。为了使得空间基线在摄动情况下保持相对稳定，对卫星平均半长轴进行了小量修正。最后在卫星工具包（STK）下进行了高精度轨道仿真验证。结果表明，该方法设计的编队初始轨道参数能使空间基线保持稳定，在一个轨道周期内，垂直轨迹方向存在两条相同的稳定基线，沿轨迹方向存在一条稳定基线和两条周期性变化基线，能够同时满足DEM和GMTI任务要求。     

基于星历和回波的分布式卫星SAR系统沿航迹基线计算方法

针对分布式卫星SAR系统中混合基线和雷达斜视导致沿航迹基线难以精确计算的问题,提出了一种基于星历和回波数据的沿航迹基线计算方法。在将分布式卫星航迹补偿为平行航迹的基础上,建立了存在混合基线及雷达斜视条件下的观测几何模型,推导了沿航迹基线的计算公式。根据雷达回波数据估计多普勒中心频率,并由此得到计算沿航迹基线所需的斜视角。在空间基线较长、斜视角较大条件下,该方法相比近似计算方式而言,能获得高精度的沿航迹基线估计。仿真结果表明,用该方法计算得到的沿航迹基线长度作为测速定位的基线参数,可以获得高精度的动目标测速定位结果。
     

合成孔径雷达卫星构型设计

合成孔径雷(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)卫星的构型与其它卫星相比具有一定的特殊性,主要体现在大面积的相控平面SAR天线在工作时需侧视(长度方向沿飞行方向)和SAR天线与太阳电池阵之间的相容性.通过分析SAR卫星构型的特点,根据卫星构型设计的原则,结合SAR卫星的构型实例,给出SAR卫星构型设计的基本思路和方法.     

全闭环条件下机载主被动雷达数字化仿真技术研究

随着计算机仿真技术的发展，可以结合实际雷达工作流程和处理算法来实现装备的数字孪生，从而脱离传统射频设备或半实物硬件平台。本文介绍了主动雷达搜索、跟踪及SAR成像的信号级仿真，被动雷达搜索、跟踪的功能级仿真流程和相关实现算法，并通过主被动雷达仿真基础运行软件进行算法集成，在闭环仿真验证平台下与控制、散射源和辐射源分系统进行交互，根据其输入的控制指令与回波数据实现各模式下的雷达处理，最后反馈给控制分系统，实现了闭环工作模拟。试验结果验证了该仿真技术的工作流程与信号处理算法的正确性，所给出的部分干扰过程分析进一步说明该技术在机载主被动雷达设备的预研和复盘中具有广泛的应用前景。