分布式卫星干涉测高系统编队构形优化设计方法

 分布式卫星干涉合成孔径雷达（InSAR）编队构形设计是系统总体设计的关键问题。从系统测高性能优化角度出发，提出分布式InSAR编队优化设计一般方法，将其概括为求解一个优化问题，以主星带辅星群体制分布式InSAR为例建立目标函数，针对其星载双站、斜视、空间基线等特点建立测高精度与辅星轨道根数的关系，基于近似的相对运动数学模型对该优化问题进行简化，并采用遗传算法求解。在此基础上，对多颗卫星组成编队以提高系统测高性能提出了一种多星编队设计方法。仿真分析表明，经优化得到的编队测高性能要优于干涉车轮和钟摆编队，该结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

多机构比对融合的分布式InSAR编队星间基线确定

星间基线高精度确定是分布式干涉合成孔径雷达（InSAR）系统完成科学任务的重要保证,受星载全球定位系统（GPS）接收机连续跟踪弧段短、个别弧段共视GPS卫星个数少或模糊度固定成功率低、频繁轨道机动等因素影响,分布式InSAR高精度基线确定仍有不可靠的风险。通过多机构产品互比来识别基线精度较差的时间段,降低不可靠风险,并通过多机构产品融合进一步提高基线精度。选用重力反演与气候实验（GRACE）卫星数据进行实验,国防科技大学（NDT）和西安测绘研究所（CHS）采用不同的基线处理软件和简化动力学策略,保证了各自的基线产品具有一定的独立性。实验表明,多机构互比对可以有效识别基线精度较差的时间段,NDT和CHS的基线产品之间具有很好的一致性,互比对残差的均方根（RMS）在R、T、N方向分别为0.7、0.9、0.7 mm,二者之间没发现明显系统偏差,大约97.86%的基线三维互比对残差量级在2 mm以内。两个机构基线产品融合后发现可进一步降低基线产品中的随机波动误差,K/Ka波段测距（KBR）系统校核结果表明融合基线产品精度较NDT基线产品提高8.97%,较CHS基线产品提高29.21%。     

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。     

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。     

InSAR成像匹配制导技术

为了解决飞行器远程全天候高精度自主导航的问题,提出一种InSAR成像匹配制导技术,利用InSAR生成的高程数据与基准高程图进行精确匹配,并通过构象模型反演出飞行器的空间位置。分析对比了多种精确地形匹配方法,采用基于F.Leberl数学模型的空间定位方法并分析了误差影响。仿真结果表明,该方法可以实现飞行器高精度自主导航定位,大大提高飞行器的适应性和抗干扰能力。     

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。     

星载InSAR空间基线指向优化与设计

分布式卫星SAR系统是近年来受到广泛重视的一种新的雷达成像手段,其中分布式InSAR充分利用编队星座卫星间构成的空间基线进行干涉测高,从而实现立体成像.在InSAR系统设计中,解决好编队星座的设计问题是实现高性能成像的前提和保证,合理的星座构形设计有助于提高测高精度,从而获得高品质的雷达成像效果.从InSAR测高精度分析结果入手,由飞行力学角度阐述星间相对运动对测高精度产生的影响,并基于分析结果给出了一种有别于现有星座的特色编队构形,并对其性能进行了初步分析.      

星载编队飞行InSAR地形图生成方法研究

研究了星载编队飞行InSAR的空间几何关系及特点,给出了编队飞行InSAR的回波信号模型和高度计算公式,给出了相位与地形图高度的换算方法。对于InSAR系统特有的迎坡缩短等现象给出了有效的斜距地距变换方法,提出了几何作图实现方法和编程实现方法。根据真实地貌,分三种情况讨论了几何作图与编程实现。在仿真实验中,设置了圆锥体地面场景验证算法,校正后的图形能够反映地面真实场景。     

Interseismic slip rate of the Garze–Yushu fault belt in the Tibetan Plateau from C-band InSAR observations between 2003 and 2010

InSAR time series techniques can provide high-spatial resolution deformation fields across an active fault belt, even for zones with heavy vegetation coverage. An interseismic deformation map across the Garze–Yushu fault belt in the Tibetan Plateau, ∼300 km by ∼100 km, is derived from C-band Envisat/ASAR imagery collected between 2003 and 2010. Unlike previous research, we obtain a lookup figure which relates the slip rate with the fault locking depth, the dip angle and the rake angle. The estimated slip rate changes significantly with the locking depth and the rake angle, but relatively little with the dip angle. When considering the focal mechanism solutions of historical earthquake along the Garze–Yushu fault, the interseismic slip rate of the Garze–Yushu fault is close to a value of 6.4 mm/yr, which is between the highest (18.2 mm/yr) and the lowest (3.1 mm/yr) slip rate from GPS estimations, but slightly less than the minimum value (∼ 7 mm/yr) from the geological estimations. The earthquake recurrence interval on the Yushu part of Garze–Yushu fault equals 272 yr, and the April 14, 2010 Mw 6.9 earthquake has not completely released the accumulated strain energy between 1738 and 2010.     

X波段在南极地区穿透深度的技术研究

高精度极地数字高程模型(DEM)对于我国极地研究和探索具有重要意义。德国空间局开发的分布式合成孔径雷达干涉(InSAR)测绘卫星TanDEM-X已经被证明是获取大范围高精度DEM的有效工具。X波段在冰雪表面具有一定的穿透性,会导致极地DEM存在偏差。目前国内外针对X波段在极地冰雪表面的穿透研究还很少。本文利用TanDEM-X单发双收干涉数据生成高分辨率南极冰雪地区DEM,通过与同季节的高分辨率光学DEM(REMA)差分来估计X波段穿透深度。实验结果表明:靠近Mellor冰川下游的Lambert盆地中部冰盖表面穿透深度大部分为0.5 m,少数地区可达到2 m以上;Lambert冰川下游的冰流表面大部分为1～2 m左右;山区冰雪表面可达3.9 m。高穿透值多数分布在高海拔内陆地区,而低穿透值多分布在冰流和低海拔沿海地区。穿透深度随地表含水量升高而降低。估计X波段穿透深度是明确TanDEM-X卫星在极地测绘精度的前提,对于优化后续国产分布式SAR测绘星座极地工作模式有一定的促进作用。