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。     

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.     

星载SAR全方位模糊特性及计算方法

常规的星载SAR模糊度计算方法是基于距离向一维方向图和方位向一维方向图,独立进行距离向模糊度和方位向模糊度分析.由于星载SAR对地观测是二维的,因此距离模糊度是全方位的,且真实的模糊能量仅来自于距离向模糊信号,方位向模糊是基于距离向模糊信号的基础上由于成像处理导致的模糊信号重组.为解决系统设计时预估分析的距离向模糊度值...     

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。     

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.      

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.      

面向综合环境监测的星载SAR技术发展

针对中国微波遥感对地观测在信息维度、反演精度、观测效率和体系架构等方面存在的问题,基于国家重点研发计划“星载新体制SAR综合环境监测技术”的研究内容与成果,探讨了面向综合环境监测的若干未来星载SAR技术发展。在超大幅宽成像方面,提出分段渐变重频时序设计方案和基于最优线性无偏估计的低过采样变重频数据处理算法,实现了跨盲区大幅宽星载SAR成像;在宽幅星载SAR高灵敏度成像方面,提出中频数字波束合成高效星上实时处理架构和加权因子快速生成算法,采用16通道机载飞行试验数据验证,图像信噪比提升约112dB;在多极化星载SAR成像方面,分别提出一种简缩极化分解算法及混合全极化方位模糊抑制方法,在P/L波段机载飞行试验中得到验证;在高精度干涉SAR技术方面,提出基于改进相位补偿方案的层析SAR处理方法,利用P波段全极化层析SAR数据验证,获得优于0.9m的森林高度反演精度;在综合环境监测星座架构设计方面,针对广域地表高程、地表形变、海浪谱能量、洋流速度和生物量应用,完成品质因数达100的高分宽幅SAR卫星方案,其观测效能和观测维度较目前在轨SAR卫星有大幅提升。     

天基视频SAR系统设计及成像算法研究

视频合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）作为一种新型微波遥感体制,能够实现对热点区域动态目标的持续监视,目前对视频SAR的研究主要集中在机载平台的视频SAR系统,未对天基视频SAR系统设计及成像算法展开深入研究。文章设计了一种基于双站模式的天基视频SAR系统,其中以静止轨道SAR卫星作为发射源,并利用低轨SAR卫星接收目标区域的回波信号。研究了视频SAR成像性能与各主要工程参数间的关系,并提出一种适用于天基视频SAR的成像算法,该算法能够有效解决双站天基视频SAR成像中大斜视角应用与数据重叠等问题,成像结果正确反映了运动目标的散焦、移位现象,同时静止目标取得了良好的聚焦效果。     

星载SAR滑动聚束模式三步扩展算法

针对星载SAR(Synthetic Aperture Radar)滑动聚束成像模式,结合空间几何模型沿距离向对混合度因子进行了分析及修正.在此基础上研究了单点目标及全场景的多普勒带宽,并通过数学推导验证了两步成像处理算法克服频域混叠的有效性.通过进一步深入研究指出了两步成像算法的局限性,即对脉冲重复频率的选择具有较高的要求,否则在方位向图像域造成混叠.针对两步成像算法的缺陷提出三步扩展成像处理算法,在方位向聚焦后通过选择合适的deramp因子完成方位向的重采样,克服了方位向图像域的混叠,并研究了第三步deramp操作对方位向时域展宽的影响.最后通过仿真验证了三步成像处理算法的优越性.     

一种空间目标高精度指向控制方法

针对空间动目标指向任务对卫星提出的高精度控制需求，研究了卫星星体/快反镜二级复合系统的指向控制问题，给出了一种空间运动目标高精度指向控制方法。首先，基于近圆轨道Clohessy Wiltshire方程获得追踪卫星与目标卫星的位置信息；然后，基于扩展Kalman滤波算法进行多信息融合确定追踪卫星姿态参数，并实时解算出追踪卫星载荷光轴与目标卫星的相对姿态，获得跟踪指向所需的方位角和俯仰角；最后，通过星体一级姿态控制和基于快反镜的载荷光轴二级指向控制，实现对目标卫星的快速、高精度指向。仿真结果表明，该方法可以在保证快速性的同时实现动态指向控制误差小于072″。该方法可以实现对空间目标的高精度指向控制，为未来空间中激光通信等航天任务提供技术支持。     

基于deramp的星载聚束式SAR改进ECS算法

基于两步成像算法和ECS(Extended Chirp Scaling)成像算法,提出一种结合Deramp预处理的星载聚束式SAR(Synthetic Aperture Radar)改进的ECS成像算法.Deramp预处理是基于SPECAN算法的思想,将信号通过非空变的方位滤波器实现批压缩,该方法在保证成像分辨率的前提下,通过deramp处理消除了由采样率不足导致的方位频谱混叠特别是在星载SAR高分辨率聚束模式下.尽管ECS算法中的子孔径处理可以降低对系统脉冲重复频率的要求,但是脉冲重复频率依然受到单点多普勒带宽的限制.所介绍的方法可以进一步降低ECS算法中子孔径分割处理对脉冲重复频率的要求,使得ECS的算法的应用更为广泛.通过对点目标进行仿真和成像,成像指标评估验证了该算法的可行性.     

月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

为了提高对全球变化的大尺度观测能力,月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减,为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难,根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性,分析模型误差,推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法,补偿了方位空变的模型误差,利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比,与月基单站SAR相比有显著提升,最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。     

机载SAR动目标成象研究

在分析机载合成孔径雷达运动目标成象特点的基础上，探讨了一种动目标成象的前置滤波方法，指出其存在的问题，提出了在前置滤波后进行参数估计的后处理形成，该方法基于时间－频率联合分析法，能得到运动目标的精细成象结果，计算机模拟验证了方法的有效性。     

平飞模式机载双基地SAR动目标检测方法

提出了一种平飞模式机载双基地SAR地面慢速运动目标检测和参数估计方法.考虑到双基地SAR系统的特点,采用分数阶傅里叶变换(FrFT,Fractional Fourier Transform)技术对动目标进行聚焦,以提高动目标的信杂比.同时结合多通道杂波抑制干涉技术,进一步抑制地杂波并实现动目标参数的精确估计.从双基地SAR的空间几何模型和回波信号入手,推导了杂波对消时收发雷达载机所需满足的飞行条件和慢动目标参数估计的方法.最后通过计算机仿真,验证了该算法的有效性.     

基于动基座条件下的筒弹定位导轨精度测量方法CSCD

针对导弹发射架制造和安装精度,以及长期使用过程中变形影响,导弹发射架上发射筒定位导轨相对主基准方位基准和基准水平面之间存在航姿误差,影响导弹初始航姿装订精度的问题。提出一种导弹发射架上发射筒定位导轨精度测量方法,该方法利用高精度航姿测量系统完成测量数据的采集,然后进行离线计算处理,最终得出定位导轨精度。利用该方法可以实现在码头动基座条件下对导轨精度进行测量,并将测得的状态参数在导弹初始航姿装订时进行补偿,从而提高导弹的初始航姿装订精度。     

基于方位向多通道星载ScanSAR的MCECS算法

针对如何实现星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)超宽测绘带的问题,对多通道星载SAR扫描模式开展研究.在分析该模式特点的基础上提出了实现超宽测绘带的方法,并推导了多通道扫描模式成像处理算法(MCECS,Multiple Channels Extended Chirp Scaling).该算法利用内定标数据校正通道间的幅相不一致性,通过滤波方法完成了方位向非均匀采样信号的重构.在采用修正的天线长度进行"扇贝效应"校正以及精确聚焦处理后,通过求解四次方程的方法对图像进行快速地理编码,并完成图像的拼接.最后利用计算机仿真验证了算法的有效性.