星载相控阵GNSS-R测高系统设计与实验

星载GNSS-R测高系统采用多波束相控阵天线和干涉互相关处理方式,接收北斗导航卫星和GPS导航卫星发射的L波段导航直射信号与海面反射信号,进行海面高度探测。详细介绍GNSS-R测高系统设计与实现、集成和外场试验等,外场试验不仅验证了相控阵GNSS-R测高系统功能,更重要的是验证了核心软件算法的正确性。GNSS-R测高系统适用于中尺度海洋现象的观测,可在时间和空间尺度上扩展雷达高度计的观测能力,并与之相互补充,有利于对复杂海面的中尺度结构进行较高时间分辨率的观测。GNSS-R测高仪为星载高精度海面高度探测提供了新型载荷。     

地球静止轨道微波辐射计技术

静止轨道微波辐射计可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测,在台风、流域性强降水探测和预报方面发挥重要作用。但在波束扫描、多频复用、系统定标等方面的运用存在较大困难,世界上尚无在轨应用先例。现从探测需求出发,对静止轨道微波辐射计进行了系统方案设计。提出了卫星平台与辐射计部件快慢结合扫描的方法,以解决波束扫描和系统定标难题;提出了低频选入射角层叠式布局准光学频段分离方法,以解决多频段复用难题。研制了微波辐射计原理样机,通过实验室和外场试验验证了系统设计,为静止轨道微波探测卫星研制提供了一定指导。     

星间链路在空间态势感知中的应用研究

通过对星间链路和空间态势感知系统国内外发展现状的分析,指出星间链路在空间信息有效获取、安全传输和实时应用以及保障空间态势感知系统战场生存能力等方面起着重要的作用.针对星间链路在未来空间态势感知系统中的应用需求,提出包含空间通信模型和空间导航模型在内的空间感知体系基本架构,并对该架构下星间链路的设计要求或者特点进行分析,指出星间链路应该具有灵活可变的星间路由策略和联网结构,并能够支持高速可变和安全可靠的星间数据传输.分别从空间网络和卫星节点2个层面提出了系统实现的关键技术,并给出部分关键技术的研究重点和研究方法.上述研究结果可以为星间链路及相关领域的研究工作提供一定的借鉴和帮助.     

卫星载荷磁场优化计算方法研究

针对传统计算方法存在的计算复杂、计算成本高等不足,利用某处地磁场下卫星载荷的磁场测量数据,逆计算出卫星载荷的等效磁化率,再根据等效磁化率就可计算在不同磁化方向、不同地磁场大小下卫星载荷产生的感应磁场。根据均匀磁化卫星载荷的特点,将积分方程法中系数矩阵元素的体积分形式化为面积分形式,并消除积分计算的奇异性,建立基于单元表面积分的感应磁场计算模型,从而降低计算成本。最后,实验结果表明:磁场测量值和计算值吻合得较好,该算法的有效性和可行性得以验证。     

微波无源遥感有效载荷现状与发展

针对微波无源遥感有效载荷这一卫星有效载荷中发展最早、最成熟的子领域,对从20世纪60年代至今,世界范围内在轨与在研共17个具有代表性的载荷产品进行了研究。综合分析了微波无源遥感载荷在气象、海洋、陆地、大气环境及深空微波遥感等应用领域的发展现状,归纳出无源微波遥感有效载荷向定量应用、功能复合、主被动一体、体制混合、太赫兹探测等方向的发展趋势。总结了我国与欧美发达国家在系统应用水平、反演处理能力、关键部组件性能、研发条件等方面存在的差距,提出了后续发展静止轨道毫米波亚毫米波探测仪、一体化微波成像探测仪、太赫兹冰云探测仪、L波段土壤湿度微波探测仪、亚毫米波临边探测仪、行星探测仪等载荷的设想。     

星载电子侦察与电子对抗

星载电子侦察与对抗技术主要用于对空间目标的侦收和检测,对于空间可能的威胁目标,实施有效的干扰。介绍了用于星载电子侦察与对抗的单机被动定位技术,基于单脉冲光纤延时复制的低截获概率雷达技术,并行信号检测与分选技术以及电子干扰技术。     

基于粒子群算法的大型低冗余度线阵综合

天线阵列排布与优化，是一维综合孔径辐射计的一项关键技术，其通过决定可见度函数采用分布来影响辐射计最终的成像质量。以往的学者们都将寻找理论上最优的大型阵元数低冗余度线阵（LRLA）作为研究的首要目标，以获得最优的空间分辨率。文章在此基础上，着重考虑工程实现过程中的系统可靠性要求，研究在任意一个阵元出现故障的情况下，通过冗余优化设计，确保系统性能不受影响。基于此，提出了一种基于粒子群优化的排列结构约束搜索算法，能够在较短时间内获得一系列满足条件的大阵元数LRLA排列。同时，文章还给出进一步冗余优化的方法，以确保生成的阵列在出现两个阵元故障时，辐射计系统基线缺失的概率高于设定的阈值，从而保证系统具有令人满意的可靠性。文章提出的方法以及得到的LRLA排列，虽然在一定程度上增加了辐射计系统的复杂度，但是，一些额外天线阵元的引入可以确保足够的阵列冗余度，从而减小阵元/接收机失效的影响，增加系统对阵列位置误差等的鲁棒性，改善系统的灵敏度指标。     

粗糙海面激光透射特性研究

为改善激光在粗糙海面上透射特性仿真结果的准确性以提高卫星海洋水色遥感应的效率,对不同海况下激光在粗糙海面的透射特性进行了研究。根据激光海面透射原理,用基尔霍夫近似(KA)原理求解激光海面透射场,给出了计算模型。基于Gaussian随机模型对三、四级海况的粗糙海面进行了三维模拟仿真,用解析法计算了激光在海面上的透射特性。结果发现:波长0.532μm的绿激光对海水有高透射率,入射角小于40°时透射率大于94%;海况对激光的透射率影响较小;与下行透过率相比,上行透射率受入射角的影响较大,入射角大于40°时激光的上行透射率迅速衰减,入射角大于50°时上行透射率几乎为0。     

基于数值方法的三维激光海面漫反射特性研究

为提高卫星海色遥感技术在实际应用中的效率,对不同海况下不同入射角度的三维激光海面漫反射特性进行了建模仿真计算,并在实验室条件下对激光入射波动水面后产生的散射场能量分布特性进行了研究。根据麦克斯韦尔方程和边界条件分析了散射场在各向分量间的耦合关系,矢量分解后得到了6个标量方程并用矩量法进行离散,给出了离散后的矩阵方程。用稀疏矩阵规则网格法(SMCG)求解矩阵方程,求解时采用共轭梯度法(CGM)计算。在对有限照射区域进行计算时,为减少边界效应产生的误差,用能量强度服从高斯分布的三维锥形波模拟入射激光束。仿真计算了不同粗糙度海面的三维双站散射系数,结果发现:对相同粗糙度海面模型,入射角度越小,粗糙面对激光的漫反射就越大,散射场的能量分布也越均匀。用实验对仿真结果进行验证,结果表明:与基尔霍夫近似(KA)和二维前后向迭代法(FBM)相比,该方法能准确表示波动水面的三维激光漫反射特性,为进一步研究三维激光海面漫反射特性奠定了基础。     

一种改进的星上高光谱异常检测算法研究

为解决传统RX异常检测算法导致的星上高光谱图像异常检测准确率低、成本高等问题,对一种改进的星上高光谱异常检测算法进行了研究。在传统RX异常检测算法的基础上,用噪声自适应主成分变换对原始图像进行变换,选择变换后大于设定的合适信噪比阈值的数据;用局部正交子空间投影(LOSP)算法将相应数据投影到正交子空间获得图像残差数据,通过抑制背景等强干扰信息而突出小概率的异常目标信息;用空域滤波方法提取残差数据的特征,将大部分图像信息以某种标准集中于少数的主成分;对获得的波段子集用中值滤波器滤波,消除噪声干扰;用RX异常检测算子对滤波后的波段子集进行异常目标检测。试验结果证明了算法的有效性,算法通过数据量压缩,降低维度、抑制干扰信息,减少了异常检测处理的数据量以提高异常检测效率和精度。