相控阵天线色散误差对高分辨率星载SAR成像质量的影响研究

对相控阵天线色散误差对高分辨率星载合成孔径雷达(SAR)成像质量的影响进行了研究。阐述了相控阵天线的色散产生机理,其影响可用实时延迟线对单元间空间路程差补偿消除。研究认为色散误差在距离向目标冲激响应函数中引入时变的方向图与辛格函数的卷积导致该函数出现畸变。建立了色散误差对星载SAR距离向点目标冲激响应的影响模型,计算表明完全延迟补偿时色散误差为零;部分延迟补偿时方向图随频率发生平移;无延迟补偿时带内平移更严重,且在部分角度位置发生剧烈的变化。分析了色散误差对信噪比、分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比等图像质量指标的影响。仿真结果发现:色散误差大小与延迟补偿成反比,补偿越多,误差就越小;随着色散误差增大,冲激响应函数畸变加剧,主瓣展宽、旁瓣抬高和变形,导致幅值也发生变化;波束边缘回波的冲激响应畸变较波束中心更明显。建立的模型和提出的分析方法已经经过了工程实践的检验,有较高的参考价值。     

蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80～120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。     

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR／GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。     

碳纤维复合材料天线反射面低变形优化设计

为了保证星载天线的在轨工作,需要严格限制天线的热变形。文章参考国外先进天线设计案例并考虑国内生产工艺,以某卫星抛物天线反射面为研究对象,采用全碳纤维复合材料夹层结构设计新型天线反射面构型。首先,给出天线型面误差的计算过程来反映天线热变形程度;然后,基于正交试验法,对某卫星的天线反射面型面误差值影响因素进行分析;最后,在此基础上分别对蒙皮与芯层完成低热膨胀系数的优化设计。仿真结果显示:文章设计的全碳纤维材料天线夹层结构因热变形而产生的型面误差仅约为原先设计的全铝反射面的1/6,证实了全碳纤维材料天线夹层结构在低变形方面的优势及此优化设计方案的可靠性。     

基于DBF技术的高分辨率宽测绘带星载SAR系统研究

针对星载合成孔径雷达(SAR)系统高分辨率与宽测绘带两个核心成像指标之间的矛盾,分类研究了若干适用于不同应用需求的基于数字波束形成(DBF)技术的典型高分辨率宽测绘带(HRWS)星载SAR系统,包括超高分辨率、中等分辨率和超宽测绘带。总结出智能化多孔径天线技术、方位向多通道预处理技术、距离向实时DBF技术和多通道SAR数据压缩技术等,作为未来HRWS星载SAR发展的关键技术。     

某星载天线热变形对跟踪指向精度的影响仿真分析

星载天线在轨工作时,空间剧烈的冷热交变和较大的温度梯度会引起天线产生一定的热变形,导致波束指向发生偏转,降低系统跟踪指向精度,甚至使系统无法捕获目标。通过对天线热变形以及由此引起的波束指向变化进行仿真与分析,得出结论:天线波束指向由热变形引起的最大偏差为0.0247°,满足系统对于天线波束指向偏差小于0.05°的要求,为系统跟踪指向精度的计算提供了依据。     

波束跃度对星载方位向扫描模式SAR图像质量的影响

针对星载方位向扫描模式合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统中天线无法实现连续扫描而引入成对回波的问题,提出了波束跃度对SAR成像质量影响的定量化分析方法。提出了一种广义的SAR成像几何模型,以模式因子区分不同的方位向扫描模式;结合傅里叶级数和泰勒级数展开推导了波束跃度下的方位向天线方向图,在此基础上建立了方位向回波信号模型;得到成对回波幅度和位置与波束跃度的定量关系,着重比较分析了波束跃度对不同方位向扫描模式SAR图像质量的影响。仿真结果验证了上述分析方法的有效性。     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响,天线反射面会发生热变形,影响天线增益.热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数,并且会随温度变化;在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差.文章以抛物面天线反射面为研究对象,考虑热膨胀系数随温度的变化,针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面,仿真分析反射...     

星载合成孔径雷达天线的工程设计

介绍了星裁合成孔径雷达(SAR)固态有源相控阵天线工程设计的基本方法。根据性能要求，对相控阵天线进行了阶梯幅度量化，以减少T／R组件的品种数。采用相位加权改变仰角的波束宽度，给出了方向图的仿真结果。对相控阵天线的阵面误差、天线增量、最大副瓣电平和波束指向误差进行了近似计算，并给出了详细的计算结果。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如：通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

滑动聚束SAR空变天线方向图校正方法

滑动聚束SAR是一种新型高分辨率星载SAR工作模式,通过天线波束扫描导致增加方位向相干积累时间,从而可以大幅提升SAR分辨率.滑动聚束SAR波束扫描将引起天线方向图加权二维空变,进而导致采用传统SAR天线方向图测量和校正方法会引入误差,影响SAR辐射定标精度及目标后向散射系数测量精度.针对此问题,提出了一种滑动聚束SAR天线方向图特性分析及校正方法.首先基于滑动聚束SAR仿真数据对滑动聚束模式下SAR天线方向图二维空变特性进行了分析;然后建立距离向和方位向二维多项式模型来拟合天线方向图二维空变误差;最后,基于天线方向图空变误差模型对观测场景SAR图像进行天线方向图校正,仿真实验结果表明,该方法可以有效降低天线方向图二维空变误差的影响,大大提高滑动聚束SAR辐射定标精度和目标后向散射系数测量精度.     

星载合成孔径雷达天线的现状与发展

介绍两种典型的星载SAR天线；SIR－C成像雷达的有源微带相控阵天线和Radarsat-1的波导缝隙相控阵天线。报导了近年来星载SAR天线在多波段、多极化阵列天线，集成化、固态化、模块化有源相控阵天线，超轻型充气式阵列天线和双波段、双极化共孔径阵列天线等方面的研究进展，并给出了一些天线的参数。     

星载天线指向精度建模与分析

随着天线定位机构运动日趋复杂以及对定位机构任务要求的不断提高,提高指向精度已成为星载天线机构能力提升的核心。综合考虑卫星姿态控制误差、展开机构误差、双轴驱动机构误差和反射面误差等因素,利用齐次变换矩阵得到天线指向运动学误差等式,从而得到天线指向精度分析的一般方法。以某星载点波束定位机构为例,对各误差源的影响进行了分析,...     

星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计

为实现对多个海面区域覆盖,对星载全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)海洋微波遥感器设计进行了研究。遥感器采用层叠式双面多波束高增益相控阵天线,通过在轨镜面反射点快速搜索和波束调度,接收北斗或GPS系统发射的直射信号和海面反射信号,经原始信号采样、时延多普勒相关功率计算等处理,为全球海面风场反演和海面高度测量提供高时效微波遥感数据。给出了系统指标和组成、工作模式,以及星载层叠式双面多波束相控阵天线、星载镜面反射点预测和星载GNSS-R高精度海面测高等关键技术及实现途径。仿真和计算结果表明:系统测高精度22cm,可满足系统指标要求。实际测高精度待飞行试验验证。     

星载干涉合成孔径雷达高度计波束指向优化设计新方法

基于干涉合成孔径雷达(InSAR)体制的星载高度计能实现高分辨率、宽幅、高精度海面高程测量。传统合成孔径雷达(SAR)系统波束指向设计方法以SAR图像近远端噪声等效后向散射系数差异最小化为优化目标,星载InSAR高度计对海入射角小,如采用传统波束指向设计方法将面临系统近端测高性能优于远端等问题。为使远端测高性能满足应用精度指标要求,系统需提高雷达发射功率或增大雷达天线尺寸,这对卫星系统提出了较高的要求。提出了面向测高应用的星载InSAR高度计波束中心指向设计新方法。该方法通过调整雷达波束中心指向实现全场景测高性能最优化,可有效降低传统设计方法中SAR载荷对发射功率等卫星指标的要求,对未来我国发展InSAR体制海面高度计系统设计具有重要的指导意义。仿真分析结果验证了新方法相对于传统设计方法的优越性。     

星载天线双轴定位机构指向精度分析

以星载天线双轴定位机构为对象,分析了其指向精度的影响因素,从传动误差、测量误差、安装误差以及热变形误差等方面,研究了各项精度影响因素的分析模型和计算方法,建立了指向精度的分析模型,并以某一天线双轴定位机构为例进行指向精度分析。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势,具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点,其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景,具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理,根据天线的机电特性和空间环境适应性情况,给出了星载应用选型建议;其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述,重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性;总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术,对主要的技术途径进行了介绍;最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议,可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

一种星载高相位中心稳定度双频GPS天线

介绍一种用于星载的变形十字交叉振子圆极化天线,通过对普通十字交叉振子天线进行改进,展宽了天线的工作带宽,使该天线能同时工作在GPS的L1和L2两个频率上。该天线结构简单,除了支撑材料外,整个天线由金属构成,易于满足星载的环境要求。该天线具有很高的相位中心稳定度,在要求的波束范围内天线的相位中心稳定度小于2mm,达到了国外同类产品的水平。仿真及实测结果表明,设计实用、可行。文中还研究了天线相位中心的测试方法和数据处理方法,并应用到实际测试中。     

星载微带相控阵天线游离板结构设计

文章针对星载微带相控阵天线的结构,首先对非对称蜂窝夹层板加边框、非对称板加平衡铜箔层以及对称蜂窝夹层板三种阵面设计方案进行了分析、总结,指出了三种方案的不足之处。然后介绍了游离板设计的原理,建立了单板的有限元模型,进行了加工成型变形和在轨热变形分析。根据星载微带阵天线的结构指标要求,通过分析比较,得出游离板设计方案具有热变形最小、可以满足星载微带阵天线的结构性能指标的结论。     

星载SAR性能与T／R组件不一致性的关系

本文分析了T／R组件幅相不一致性对星载SAR雷达系统性能的影响，T／R组件不一致性对星载SAR雷达天线副瓣电平有一定的影响。由于天钱的融瓣电平是不同频率信号贡献的平均值，所以天线的副瓣电平的大小依赖平均T／R组件不一致性。