The GANDER constellation for maritime dissaster mitigation

The development of sea state monitoring from polar-orbiting satellites has recently moved away from the concept of single, multi-sensor platform such as ERS-2, Topex/Poseidon or ENVISAT towards the design of a system that would allow frequent updates from a constellation of small satellites equipped with special-purpose radar altimeters. This new system, called GANDER for Global Altimeter Network Designed to Evaluate Risk, has attracted significant support from a number of important customer segments including the military.

This paper details the design of an altimeter for a Surrey small satellite, and illustrates the major system trade-offs that need to be made. Critical to the viability of the mission will be the development of a radar altimeter capable of operating successfully on a small satellite bus, within a limited volume and power budget. The mission design presents a number of key technological challenges, in order to permit a physically small antenna to be employed, and to minimise the pulse power. This can be achieved by advanced techniques, such as the delay Doppler altimeter concept, which emphasises the needs for high-speed on-board signal processing, phase linearity and pulse-to-pulse phase coherency.

The system design for the GANDER constellation is also described, illustrating how it not only offers a means for maritime disaster mitigation, but also can reduce shipping cost and time.     

电磁超材料在超宽带雷达隐身微小卫星设计中的应用

针对微小卫星在雷达频段面临的宽带隐身问题,提出利用电磁超材料实现卫星隐身的设计方案,该方案包括两种不同类型的电磁超材料雷达吸波体.其中多层结构超宽带吸波体利用高阻表面设计耦合型吸波结构,适用于微小卫星星体及太阳能电池阵背光面,工作频带覆盖S、C、X、Ku频段;透光型混合结构宽带吸波体利用高透光的氧化铟锡设计吸波结构,适...     

基于VRT的气象粒子群时域回波仿真研究

随着雷达使用频段提升,降雨、云雾等气象因素对雷达探测的影响逐渐不可忽视。为研究气象粒子群对雷达探测工作产生的影响,文章总结了电磁波在不同类型气象粒子群下的谱分布与衰减特性;再根据粒子谱方程给出气象粒子群的模型信息;最后基于矢量辐射传输方法,提出了一种改进的气象粒子群时域回波快速仿真的方法,包括分区加速、传播路径判断的优化,在大体量粒子群回波建模中的优化效果可达到普通方法的20倍左右。结果表明,雨粒子群对雷达探测工作会造成较大的杂波,其杂波幅值约为发射功率的10-4倍;云粒子群的时域结果存在较强的随机性;雾粒子群时域结果均匀且幅值较低。文章针对不同类型气象粒子群时域回波的仿真结果与分析,对雷达的精准探测研究具有一定参考价值。     

西欧ERS-2遥感卫星

ERS-2是西欧第二颗遥感卫星,其基本结构与ERS-1基本相似,但性能有较大提高。ERS-2携带仪器在ERS-1基础上有所增加,相同的仪器有有源微波仪(AM1)、微波辐射计(MWR)和雷达高度计(RA),改进的仪器有沿轨扫描辐射仪(ATSR)和精密测速测距仪(PRARE),新增加的仪器为测量大气化学成分的全球臭氧监测仪(GOME)。文中对ERS-2卫星的总体及有效载荷作了简要介绍。     

The european space agency's earth observation satellite programmes

After a short presentation of the Meteosat and Sirio-2 programmes, the paper describes the elements of the ESA Remote Sensing Programmes for polar, Sun-synchronous orbits: Earthnet, a network of ground stations receiving data for present and future American satellites, and future European programmes; Spacelab, whose first flight will include high resolution visible and IR cameras, and radar; ERS-1, for radar observation of oceans and polar caps. Future ESA programmes are outlined.     

基于拟平均根数之差的航天器相对导航UKF滤波算法

针对星载雷达数据(距离及其变率、角度及其变率),推导了以相对拟平均根数为状态变量的星间相对导航UKF滤波算法.建立了包含J2一阶长期项摄动的状态转移方程.推导了无奇点的相对拟平均根数与相对位置速度之间的转换矩阵,并分析了坐标变换中被忽略的二阶项的影响,对转换矩阵的精度进行了有效补偿.提出以相对位置速度为直接观测量,设计了具有自调整功能的测量误差协方差阵,避免了建立观测方程时状态量对直接观测量的繁琐偏导计算.仿真结果证明了该算法的有效性.     

海杂波FRFT谱的近似分形特性与目标检测

主要介绍了海杂波分数阶Fourier变换（FRFT）谱的近似分形特性及其在海杂波目标检测中的应用。根据FRFT的尺度变换性质,研究了自相似过程FRFT谱的近似分形特性,然后将近似分形分析方法引入到实测海杂波FRFT谱分析中,发现在特定变换阶数下得到的海杂波FRFT谱间存在近似分形特性,且目标回波可使近似分形特性描述参数——FRFT域Hurst指数发生变化。因此,可利用FRFT域Hurst指数设计恒虚警率（CFAR）检测方法。经X波段和C波段雷达实测数据验证,所提方法的检测性能明显优于经典的利用时域Hurst指数的目标检测方法。     

星载合成孔径雷达的数字成像处理

对星载合成孔径雷达的数字成像处理过程进行了详细的阐述，其中包括点目标回波信号的分析，距离压缩，距离徙动校正，方位压缩，多普勒参数估计，参考函数的形成和更新，多视处理等内容。还介绍了数字成像处理的实现方法     

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。
     

基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频（NLFM）信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法（MOPOS）构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频（NLFM）脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明：改进的非线性调频波形具有良好的性能。     

同空间后向投影InSAR成像及干涉相位提取方法

为了提高复杂运动情况干涉合成孔径雷达（InSAR）成像精度,结合时域后向投影方法提出了一种基于同空间后向投影的InSAR成像与相位提取方法,分析后向投影多普勒补偿函数与干涉相位的关系,通过各天线回波投影到相同的成像空间,再构造相位补偿函数进行相干积累成像。仿真和实测数据验证了复杂运动情况下本文方法较传统频域算法获得更好的InSAR成像和干涉相位质量,且该方法还可在成像过程中实现InSAR图像配准、去平地效应的一体化处理,简化了InSAR数据处理。     

基于航迹关联的抗角闪烁跟踪算法研究

角闪烁背景下，高分辨雷达在近距离跟踪阶段存在不能精确跟踪的问题。针对此问题，分析了基于距离高分辨的单脉冲测角方法，并在此基础上，结合距离向强散射点的幅度特征，提出了一种基于航迹关联的抗角闪烁跟踪算法。算法首先对和通道、方位差通道、俯仰差通道的回波信号分别进行脉压和相参积累；然后在和通道的高分辨一维距离向上实现目标强散射点的检测，依据幅度进行排序并输出各点的距离信息和角度信息；最后利用联合集成概率数据互联算法作为目标跟踪滤波算法进行跟踪。本文通过对ku波段实测数据中入射余角为60°~69°的近距离跟踪部分进行分析，将所提算法与卡尔曼滤波跟踪算法进行了对比，仿真结果表明，本文算法使多目标跟踪的精度得到了提高，具有更好的角闪烁抑制性能。     

波导双工器的快速精确设计

文章结合模式匹配法和多模导纳矩阵理论，对波导型双工器进行分析设计，开发了一种快速精确的波导型双工器的设计程序，给出双工器设计中需要注意的关键技术问题。设计制作了含有弯波导结构的Ku波段双工器，理论与实测曲线吻合良好，为设计波导双工器提供了一种思路。     

反射面天线机电耦合分析及实验验证

针对反射面天线分析设计中存在的机电分离问题,使用结构分析软件得到天线面板的 结构变形,将变形转化为相位差引入天线远区电场公式中。通过推导的网格转换矩阵,在结 构网格的基础上完成天线远区电场的计算。同时根据半功率波瓣宽度预估方向图的离散精度 。利用某3.7米卡氏通信天线进行了验证实验,试验结果表明本文方法是正确有效的。与软 件集成的分析方法相比,该方法不但电磁分析精度较高,而且分析时间更短。
     

基于微多普勒效应的ISAR成像干扰新方法

本文从分析雷达目标微多普勒效应的产生机理出发,提出了针对ISAR成像的干扰新方法。一方面,针对现有基于微多普勒特征的雷达目标识别技术,干扰机将接收到的雷达信号进行移频和幅度调制处理后转发,生成虚假的微多普勒特征,实现对敌方雷达系统的欺骗干扰;另一方面,利用微多普勒效应对雷达回波的附加调制作用,干扰机发射虚假微多普勒信号,通过降低回波各次距离像之间的相关性和破坏距离像的初相信息,可有效干扰敌方成像系统的运动补偿处理,并在方位向生成干扰条带,对敌方ISAR系统形成“灵巧”抑制干扰,使其无法实现对目标的有效成像。仿真和实测数据处理均表明基于微多普勒效应的干扰方法可在较低干信比条件下实现对ISAR成像系统的有效干扰。     

基于DSP的总线式飞控系统

针对小型无人机控制系统对功耗、成本、可集成性等的较高要求,设计了一种基于DSP芯片TMS320F2812的总线式飞行控制系统。详细阐述了系统的设计思想及其基本硬件构成,包括采用DSP为处理单元的飞控计算机、采用低成本MEMS惯性器件的捷联式姿态航向基准系统(航姿仪)和提高通讯可靠性的双余度总线。飞行试验表明该系统满足小型无人机自主控制任务对于可靠性和精度的要求,同时也是一种轻型、低成本、高集成度的方案。     

STENTOR programme: An ongoing and efficient way for preparing the future

Presently, the french governmental bodies and space industry are joining their efforts and investments in a large technological programme named STENTOR; this programme is aiming to improve competitiveness of french space telecom industry by lowering costs and getting quickly vital technologies for the future.

First of all, this paper outlines main components of this programme and its major stages since 1994 up to 2009. Most innovating technologies of STENTOR satellite are described in terms of technical performances, development status and very promising impacts on cost and overall performances of future commercial telecom satellites; here is a preliminary list: plasma propulsion, thermal control using fluid loops and a deployable radiator, Li-Ion batteries, orbit determination with GPS receiver. Ku band regenerative payload with active antennas, etc.

Finally, some examples of service demonstrations foreseen for the in-orbit operating phase are given as illustrations.     

高分辨率雷达中带宽对信号检测影响的研究

利用单脉冲单元平均恒虚警（CA-CFAR）滑窗检测方法，对不同波段高分辨率雷达（VHF和l波段）的实测数据进行了目标检测仿真，并分析了雷达绝对带宽与相对带宽对信号检测的影响。结果表明，波段选择对信号检测影响较小，绝对带宽对信号检测影响较大。检测概率为90％时，带宽25MHz和200MHz的所需输入信噪比相差5dB。在能量一定的情况下，高分辨率雷达的检测性能优于低分辨率雷达。     

角分集ISAR高分辨成像

对不同视角雷达回波进行融合可以形成大的相干积累角,显著增强雷达空间监控能力。给出一种角分集(制)信号融合成像方法,对于角分集(制)回波方位向存在大的间隔,首先将每一距离单元方位向有效稀疏孔径数据排列组合成一Hankel矩阵,由参数化方法估计一维信号参数,再由估计得到的参数对空缺部分预测填补,对每个距离单元横向补全后,压缩得到二维图像。该方法克服了以往预测方法的不足,能有效用于方位向稀疏孔径预测外推,最终仿真与实际数据处理结果证实结论。     

星载合成孔径雷达的运动效应

对星载合成孔径雷达的运动效应进行了详细的分析，给出了雷达回波的多普勒参数和距离徒动特性的一般关系式。详细论证了卫星运动对多普勒参数和成像的影响，导出了描述速度误差、加速度误差和姿态误差的一系列定量计算公式，并就运动误差的补偿方法进行了阐述。