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。     

卫星微波干涉测高体制及性能分析研究

针对传统卫星星下点高度计测高体制只能实现一维测量,不能兼顾时间和空间分辨率的问题,重点分析了可实现宽刈幅测高的传统合成孔径雷达干涉(InSAR)测量和新型InSAR高度计测高两种体制;阐述了卫星微波干涉测高的工作原理及误差传播关系;研究了不同雷达下视角情况下随基线倾角的变化相位与基线误差对干涉测高精度的影响,从测高精度与地面分辨率方面分析两种体制的异同及应用范围。文章最后对不同的测高体制的测高精度和应用进行了总结对比,提出了可使测高体制充分发挥优势的应用范围和条件。     

基于双星编队SAR三轨法差分干涉技术的基线设计

将单星重复轨道三轨法差分干涉扩展到双星编队,对正侧视下合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)技术的基线设计进行了研究。在测量坐标系中,将位于主星距离高度平面内的简化基线扩展为空间矢量,根据空间几何关系得到正侧视下双星编队SAR三轨差分干涉法的空间基线模型。建立了编队SAR测高程时基线设计公式,以及基线矢量到DInSAR测形变所需基线的转换公式,基于该模型首次从应用角度分析了基线对编队SAR三轨法差分干涉测形变的误差传播特性。给出了基于基线比的基线设计方法:测高程时,基线选择以临界基线为上限,综合考虑测高精度和灵敏度确定基线;测形变时,为降低误差对形变精度的影响,基线比应尽量小(基线比为0.25时编队SAR三轨法DInSAR形变测量精度最高),即地形图像对的垂直有效基线应尽量大,形变图像对的基线应尽量小。用ALOS-2卫星参数进行了仿真计算,所得编队基线和重复轨道基线误差要求分别为毫米级和厘米级。研究对DInSAR系统中基线参数设计有更直观的理论指导意义和实际应用价值。     

干涉式合成孔径雷达的测高精度分析

本文阐述具有三维测绘能力的干涉式合成孔径雷达(InSAR)的基本性能——测量地形高度的精度。分析中考虑了观察几何学、干涉仪基线、雷达频率、热噪声、分辨元尺寸、地形斜率和体散射的影响。导出了简明的计算测高精度的公式,对有关误差因素进行了讨论,并绘制成相应的图表。     

干涉SAR多基线分析与设计

为对干涉合成孔径雷达(InSAR)进行优化设计以提高系统的测高精度,对干涉SAR多基线设计进行了分析和研究。用多基线最大似然相位估计方法,比较干涉相位误差最小和相位解缠稳健性最大两种准则,确定选择后者作为多基线系统的基线比例设计准则。给出了多基线长度优化设计方法:先设计多基线系统中的长基线,基于单基线对测高性能的传递模型,按测高精度要求反推长基线的长度范围;再以多基线相位解缠的稳健性最大化为准则进行基线比例寻优,获得短基线长度范围,解决长基线的相位解缠。给出了针对山区地形的一个多基线InSAR系统设计样例,结果表明:采用最大似然法,通过短基线辅助长基线相位解缠,获得了平滑的解缠相位和数字高程模型(DEM)重建结果。该信号处理方法具提高DEM产品精度的潜力。     

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.     

单航过单平台InSAR基线模型的敏感性分析

从单航过单平台InSAR系统对其自身基线的高精度需求出发,给出了光学测量方案下的基线模型,并针对模型中的各因素及其误差来源,进行了模型的敏感性分析,阐明了测量元素与位置修正矢量的基线矢量的误差传递关系,然后根据误差传递关系找出测量系统的优化安装部位。通过解析推导得出各类误差源在不同条件下对基线精度影响的理论结果,由仿真分析给出了不同安装部位的误差传递系数。通过敏感性分析可由测量环境的输入条件直接获得基线的误差量级,其结果可作为指导测量系统方案设计与精度分配的参考依据。     

一种改进的系统偏差估计算法

雷达组网系统首先要解决误差配准问题,用以准确地估计和消除系统偏差。实时质量控制RTQC算法是一种经典的配准算法,但是该算法提出时并没有考虑随机量测误差对配准性能的影响,现对这一问题进行了分析,在其基础上构造了一种关于量测和系统偏差的线性模型。然后根据这一线性模型提出了一种改进的基于广义最小二乘的误差配准算法,并对算法的性能进行了比较和分析。仿真结果表明,本文提出的算法能有效地进行误差配准。     

干扰式合成孔径雷达的理论与设计约束

用干涉式合成孔径雷达（ＩｎＳＡＲ）对地球的地形进行测绘的技术，有望成为在全球范围国内生产高分辨率的数字高程图的有效方法。本文对ＩｎＳＡＲ技术的基本原理、测高精度、回波信号的去相关效应、临界基线与最佳基线的决定、相位解缠、以及全球测绘的可能性等问题进行了系统的分析和较详细的阐述。     

北斗和CAPS系统中采用高程作为虚拟星座对授时精度的影响分析

在北斗和CAPS导航系统中利用高程作为虚拟星座可显著提高无源定位的精度。在授时应用中无源定位的结果用来计算卫星与用户的距离从而得到信号传输延迟。本文分析了高程误差对授时精度的影响。设定了高程误差,列出了定位方程;采用牛顿迭代法对方程进行了求解。方程的解表明高程误差主要影响定位结果的Z坐标值,而对授时敏感的距离值影响较小。因此高程误差导致的授时误差要小于定位误差。对5个中国城市的仿真结果表明在这些区域100m高程误差引起的授时误差要小于1μs。因此可以采用概略高程取代需要昂贵测试设备的精确高程。概略高程可以满足μs级授时精度的需求,从而满足电力和电信系统大部分场合对时间同步的需求。     

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。     

卫星总体参数对SAR分辨特性影响分析及仿真研究

建立了星载合成孔径雷达(SAR)分辨特性的数学表达式，分析了地球自转和地球扁率、轨道摄动、卫星姿态指向误差和稳定度以及星载SAR的中心视角对星载SAR分辨特性的影响，并进行了数字仿真。分析仿真结果表明，滚动向指向误差和稳定度以及星载SAR中心视角对分辨特性影响较大，该研究结果对于卫星总体参数确定和优化设计具有参考价值。     

时间同步误差对星载寄生式InSAR系统干涉相位的影响分析

时间同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。提出了一种新的时间同步误差模型，并在该模型的基础上详细分析了不同形式的时间同步误差对双站SAR成像及InSAR干涉相位的影响。建立了时间同步误差到干涉相位误差的传递模型，指出了星载寄生式InSAR系统对频率源准确度和稳定度的指标要求，仿真验证了理论分析的正确性，分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。     

合成孔径雷达卫星定位误差源分析

根据合成孔径雷达（ＳＡＲ）星等斜距民我普勒频移的曲线相交和扁椭圆地球模型、多普勒频率漂移与卫星至目标斜距联立方且的解，详细阐述了ＳＡＲ星地面目标图像像定位原理。着重分析了平台星历、回波时延、目标高度、多普勒中心频率和时钟等误差与定位精度的关系，最后举例说明误差源的属性。     

射频干扰对InSAR干涉处理的影响分析

窄带干扰是低频段InSAR系统面临的主要射频干扰之一,它的存在会对干涉相位产生严重影响,进而导致高程反演误差。本文推导了窄带干扰影响下的InSAR干涉相位的解析表达式,给出了干涉相位对窄带干扰各参数的敏感度方程,仿真分析了窄带干扰对P波段InSAR系统干涉处理的影响。结果表明,窄带干扰经过成像后其幅度调制函数近似为方位时间的sinc函数,在SAR图像中表现为沿距离向的干扰条带。干涉相位对窄带干扰信号的功率较敏感,对其频率较不敏感,干涉相位和高程反演误差随着干信比的增加而增加。     

脉冲重复间隔测量误差对SAR欺骗干扰成像的影响

脉冲重复间隔测量误差将导致干扰机发射与SAR接收之间无法保持同步,这将对干扰效果产生不利影响,研究这些影响对于SAR干扰机的研制与应用来说具有重要的参考价值。在此背景下,建立了脉冲重复间隔测量误差和干扰信号模型,推导了测量误差与假目标图像成像形状、位置和分辨率关系的解析表达式,分析了有可能出现的干扰结果。仿真实验验证了理论分析的正确性。     

GPS作为航天器全能敏感器的前景Ⅰ──GPS导航和定姿

本文全面介绍了ＧＰＳ在航天器导航和姿态确定领域应用的现状。首先概述ＧＰＳ的系统组成及其运行现状，接着阐明ＧＰＳ伪距导航的原理，介绍了差分ＧＰＳ导航的发展及目前水平，总结了ＧＰＳ导航的误差源。文中重点介绍了国外在ＧＰＳ定姿这一重要航天应用领域中取得的进展，分析了影响ＧＰＳ定委性能的主要因素──多路径效应、整数模糊解和载噪比，综述了降低或消除上述误差源的各种技术途径，在此基础上给出了ＧＰＳ定姿的性能包络曲线。     

W波段UAV MISAR实时成像运动补偿方法

建立了实时成像正侧视合成孔径雷达(SAR)运动误差模型,采用了一种基于惯导和相位梯度自聚焦(PGA)运动误差估计的中心波束平面运动补偿算法。该算法对回波包络和相位进行分开补偿,利用惯导数据把带有运动误差的回波包络拉直,再利用相位梯度自聚焦算法对回波进行相位误差估计并补偿。针对实时成像的时间少、运算量大、运算资源受限等特点,该算法取消了距离徙动校正的步骤,将运动误差矢量在斜距平面投影并完成包络校正和相位误差估计。该方法运算量小,同时能满足分辨率要求。仿真结果表明:该方法能够得到质量较高的SAR图像。     

基于RCS曲线的SAR图像点目标变化检测

地物目标的物理结构、表面粗糙度或地物目标类型发生了变化,则其后向散射能量一 般会发生相应的变化,对应的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)也会发生变化,这 将导致合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像的亮度和色泽发生变化。提出 了一种新的基于RCS曲线特性的SAR图像目标变化检测算法。该算法不同于以往的基 于图像域的变化检测算法,从目标的散射特性提取目标的变化信息,避免了不同时相的SAR 图像对误配准所带来的错误。并进行了仿真实验,实验结果表明可行。
     

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。