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。     

InSAR卫星编队构型的e/i矢量设计方法

根据编队合成孔径雷达干涉（InSAR）卫星的轨道特点和星间紧密编队的特性,引入e/i矢量概念,推导了用e/i矢量表示的编队卫星相对运动学方程,分析了在满足测量基线条件和星间距离条件下编队构型设计约束,并给出了能实现全球测量的编队构型设计结果。对获得的编队飞行轨道参数的数学仿真结果表明：设计的编队构型正确。     

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.     

空间摄动对InSAR卫星编队的影响研究

针对干涉合成孔径雷达(InSAR)编队卫星的特点,分析了地球形状、大气阻力、第三体引力和太阳光压等空间摄动力对卫星轨道的影响,并仿真讨论其对编队构型的影响。结果表明:地球形状摄动和大气阻力摄动是引起InSAR编队构型变化的主要摄动因素,在这些摄动力的作用下,编队构型的变化主要是沿航迹向的累积变化和编队椭圆的空间指向变化两种,并给出了编队构型随时间的变化量。研究为编队保持控制提供了参考。     

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。     

编队飞行干涉SAR卫星系统任务分析与设计

介绍了编队飞行卫星干涉合成孔径雷达（InSAR）测高的基本原理,在此基础上提出了编队飞行InSAR卫星系统顶层任务分析的基本要素和流程,分解出了测高误差分配、基线设计与测量、轨道构型设计、星间同步等关键技术,对各关键技术的相互关系及其基本解决途径进行了研究,并分析比较了不同InSAR载荷工作模式的性能及其与卫星系统的相互约束关系,可以为型号系统设计提供参考。     

分布式InSAR基线转换及其误差分析

建立了分布式干涉合成孔径雷达（InSAR）卫星的基线模型,给出了部位修正、全球卫星定位系统（GPS）授时、插值和配准等主要误差源与基线误差的关系,在Matlab软件中仿真分析了各误差源对基线及测高精度的影响。结果表明：GPS测量误差对测高精度的影响严重;合成孔径雷达（SAR）及GPS天线相位中心相对安装点的误差对测高精度的影响较大;安装及热变形误差对测高精度的影响较小;姿态测量误差、配准误差,以及GPS授时误差对测高精度的影响可忽略。     

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。     

辐射开环空间绳系机器人编队动力学及控制

提出了一种新型辐射开环空间绳系机器人编队系统,其在编队稳定性、任务灵活性及燃料消耗等方面具有明显的优势。针对辐射开环空间绳系机器人编队系统自旋运动过程中的构型误差控制问题,首先建立了编队系统的自旋动力学模型;然后分析了空间绳系机器人的绳系拉力和空间平台的自旋扭矩对编队系统自旋运动中出现的构型误差的控制能力;设计了一种依靠空间绳系机器人绳系拉力和空间平台自旋扭矩作为控制量,对构型误差进行控制的协调控制方法;最后通过数字仿真进行了校验和分析。仿真结果表明：设计的协调控制方法能够明显改善编队系统自旋运动中构型误差的控制效果。     

SAR干涉测高分布式小卫星编队构形优化设计

SAR干涉（InSAR）测高是分布式卫星目前一个重要的应用方向。星间基线是系统高程理论精度的决定性因素之一，而基线是由编队构形决定的，因此构形设计是InSAR测高分布式小卫星系统顶层设计的一个关键内容。针对设计变量与目标函数之间的关系非常复杂，没有简单明确的解析形式的特点，选择遗传算法作为优化算法进行构形的优化设计，给出了编码方法和适应度函数。以典型雷达卫星参数为初始条件，对几种不同构形进行了仿真，结果表明在一个轨道周期内，双星空间编队约有一半时间能够满足精度优于1m的要求，是进行InSAR测高的首选构形。     

一种相控阵通道的快速测量方法

随着相控阵系统在通信领域的大规模应用,需要供应商提供能够长期稳定工作的设备。而相控阵通道幅相特性在使用的过程中会随着时间产生变化,最终会导致波束性能下降。为了简化相控阵后期维护,降低维护时间和成本,需要在其维护阶段对相控阵通道进行幅相特性测量。这种测量必须由相控阵系统独立完成,且不应该依赖外部环境。传统的测量方法是依次对每个通道进行独立的测量,这种测量方法效率低下,大规模相控阵的测量时间一般都在数十分钟以上,会使通信业务长时间中断,不利于系统快速维护的需求。目前,对相控阵通道幅相的快速测量方法主要是在相控阵天线位于特定的测试环境下进行,目的是加快相控阵的生产周期,不适用于后期维护。将多载波和系统同步结合,提出了一种相控阵通道的快速测量方法。该方法在相同测量精度下,测量所消耗的时间大约比传统串行测量方法少两个数量级,相比于已有的快速测量方法测量时间大幅缩短。最后通过仿真验证了方法的有效性,得出了测量精度和测量时间的关系。并在相同测量精度条件下与传统串行测量方法和已有快速测量方法的测量时间进行对比。     

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。     

某型号大推力火箭发动机试验推力测量不确定度评定

根据某型号大推力火箭发动机试验推力测量系统的工作原理和组成、计量标准量值传递关系和系统低温调试结果,确定推力测量系统的不确定度来源,通过进一步的误差分析并应用误差计算理论对系统不确定度进行评定,得出该系统测量不确定度作为推力测量准确性依据。     

航天飞行器舱体截面大尺寸弧长在线测量系统的研究

本文基于CCD图像测量技术，提出了一种新的不规则轮廓大尺寸弧长非接触图像测量系统，解决了航天飞行器舱体加工中的大尺寸测量的难题。文中给出了系统的结构及原理。并在现场进行了比对实验。最后对系统进行了精度分析，结果表明，本文所提出的系统的测量精度优于±0.5mm/8m。     

一种新的卫星光学立体测量技术

提出了一种新的立体影像解析方法。在卫星轨道特性和相机交会角已知的条件下,根据对同一地物的摄影时间差提取高度信息,进而确定其三维空间位置。建立了不考虑/考虑地球自转的地物高度测定,以及位置确定模型,给出了地物空间位置计算的流程。讨论了地物高度的测量误差和对卫星平台性能的基本要求。新方法用摄影时间差的测量取代传统方法影像像点坐标的测量,更简捷和准确,更适合数字图像,具有重要应用价值。     

基于激光实时跟踪测量的航天器编队相对位置测量方法

为了解决编队航天器间相对位置的高精度测量，实现航天器编队自主飞行，提出基于激光实时跟踪测量航天器间相对位置的测量定位方法，建立了航天器间相对位置测量的数学模型。该测量方法在直角坐标系下用Hill方程建立编队航天器相对运动模型，得出航天器相对运动轨迹的解析解，在极坐标系下建立航天器间相对位置的激光跟踪测量模型，将激光跟踪测量系统的测量值转换到直角坐标系，对转换误差进行去偏差补偿，利用卡尔曼滤波方法进行数据处理，以提高航天器间的相对位置测量精度。仿真结果表明，若对于测距精度为5厘米，测角精度为0．1度的激光跟踪测量系统，采用去偏差转换测量卡尔曼滤波方法，航天器空间相对位置精度可达到厘米量级。     

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。     

基于成像拖尾效应的图像测速算法

根据相机成像拖影长度与相机运动及曝光时间的关系,提出一种基于成像拖尾效应的图像测速方法,给出了用航拍相机进行图像测速的实施方案。建立了影像与成像平面和地面景物间的相对运动模型,设计了基于互相关分析的拖影长度测量方案,给出了测量算法,并分析了像素尺寸和成像比例等对测速精度的影响。算例表明：该法对速度无剧烈变化的准匀速运动的测速效果较好,为飞行器实时飞行速度测量提供了一种解决方案。     

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。