高分三号卫星SAR工作模式与载荷设计

高分三号(GF-3)卫星为满足多样化的用户需求,其合成孔径雷达(SAR)载荷具有高分辨率、宽覆盖、多极化、多工作模式、高图像质量等特点,设计难度大。文章进行了任务需求分析,确定了SAR载荷总体实现方案,给出了SAR各工作模式的设计。在此基础上,进一步给出了SAR载荷的设计,即采用大规模有源相控阵天线技术,并结合灵活的中央电子设备,使其能够实现复杂工作模式下的高质量成像,满足任务需求。     

GEO-SAR快视成像系统设计与实现

文章设计并实现了基于高性能通用化集群架构的GEO SAR快视成像系统,对相应的软硬件系统结构和组成进行了阐述。基于3×3点阵回波数据,文章通过采用后向投影算法（BPA）的仿真实验,验证了该快视成像系统的有效性。成像结果表明,该GEO SAR快视成像系统可以满足SAR图像反演的系统指标和效能要求。     

面向地震应用的SAR卫星及星座总体研究

根据我国地震灾害的特点,地震相关领域对SAR卫星的图像监测、科学数据采集条件和灾害应急等有着特殊的要求,反映在SAR卫星系统设计中,需要对图像指标、工作模式、重访周期、卫星编队或组网等方面进行特殊设计。文章从单颗卫星系统、卫星编队系统及卫星星座系统三个方面进行了地震应用的SAR卫星总体研究。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法

为研究电磁涡旋波在合成孔径雷达(SAR)领域的应用潜力,验证电磁涡旋SAR成像的可行性,将电磁涡旋与合成孔径雷达模型结合,通过使用单一模式的轨道角动量,用合成孔径原理实现方位聚焦。给出了基于电磁涡旋的SAR几何模型和回波信号模型,并提出了适用于电磁涡旋SAR的改进chirp-scaling(CS)成像算法。通过点目标仿真分析,验证了所提成像算法的有效性。该方法可为SAR系统新体制设计及雷达的研究提供参考。     

应用二维电扫描的星载SAR凝视马赛克模式研究

应用机械扫描实现的星载SAR马赛克模式对卫星平台敏捷机动能力提出高的要求,且由于存在不完全分辨率区域,导致成像效率下降。文章提出一种应用二维电扫描的星载SAR马赛克模式实现方案,它利用二维电扫描,形成多个彼此相邻的聚束图像块,通过拼接这些相邻的聚束图像实现成像范围的扩展,称之为凝视马赛克模式,对应地称采用机械扫描实现的马赛克模式为滑动马赛克模式。文章针对凝视马赛克模式的特点,提出了一种新的系统参数设计方法,通过系统参数设计实例对比分析了凝视马赛克模式和滑动马赛克模式的特点。此外,还分析了相控阵天线不同天线结构对凝视马赛克模式的影响,并通过优化设计得到了满足需求的系统参数。     

Radarsat-2的系统组成及技术革新分析

Radarsat-2是加拿大继Radarsat-1之后的新一代商用合成孔径雷达(SAR)卫星,它在继承Radarsat-1原有成像模式和技术特点的基础上,进行了较大范围的技术革新.总结了Radarsat-2的系统组成和性能参数,并重点分析了其包括超精细分辨率成像、全极化成像、左右视成像等在内的技术革新和技术实现.Radarsat-2作为当前十分先进的星载SAR系统,为未来星载SAR的发展指明了方向.     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。     

PAMIR—一种宽带相控阵SAR／MTI系统

在未来的各种监视侦察任务中，机载及星载成像雷达系统必须满足越来越严格的要求。下一代最高水平的合成孔径雷达(SAR)系统将具有高灵敏度地面动目标指示能力和多种复杂工作模式，其中包括高分辨率和远距离成像能力。只有通过运用可重构相控阵天线连同综合宽带系统设计以及多通道能力才能完成各种任务。在FGAN已经设想出一种新的X波段实验雷达，该雷达最终将被改进成拥有由16个自动可重构子孔径组成的电控相控阵，5个独立的接收通道和大约1．8GHz的总信号带宽。这种传感器叫做PAMIR(多功能相控阵成像雷达)。着重用实例说明远距离超高分辨率SAR成像。借助于地面动目标的逆SAR(ISAR)成像也能实现高分辨率。而且，通过空时自适应信号处理和超高3一D分辨率单向干涉SAR(IfSAR)，接收通道的数目将提供地面动目标指示(GMTI)。在一个接收通道和机械控制天线阵列的情况下，PAMIR在其现行发展阶段中是切实可行的。文章介绍了PAMIR的系统设计和预期能力，并提供了高分辨率SAR及ISAR成像的地面及机载实验结果。     

应用多普勒牵引的高分辨率星载SAR滑动聚束模式设计方法

高分辨率星载合成孔径雷达(SAR)通常采用滑动聚束模式完成成像任务,当分辨率提高到一定程度后,卫星轨道弯曲问题无法忽略,因此需要与之相适应的模式设计方法。为此,文章提出一种应用多普勒牵引的滑动聚束模式设计方法,通过姿态校正的方式保证在合成孔径时间内多普勒中心呈线性分布,使回波可以利用传统的非线性调频变标(NCS)算法完成成像。利用STK和Matlab软件的联合仿真平台,通过建模及仿真成像的方式对设计方法进行验证,结果表明:该设计方法在降低工程实现复杂度和图像后处理的难度上都具有很大的优势,可为我国高分辨星载SAR成像模式设计提供参考。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

星载高分辨、多模式SAR的建模仿真和总体设计

阐述了星载合成孔径雷达（SAR）的常用工作模式，即聚束式、条带式、扫描式和干涉式SAR的概念、设计考虑和常用设计公式。通过建立模型，对高空间分辨率、多工作模式SAR的系统集成和总体设计进行了计算机仿真，用该套软件模拟了六套在轨运行的星载SAR系统参数和分系统指标，仿真结果与公布数据非常吻合。     

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。     

误码率对星载合成孔径雷达图像质量影响的数字仿真研究

定量分析了星载合成孔径雷达 (SAR)原始回波信号的量化噪声、饱和噪声以及误码噪声对面目标信噪比的影响 ;建立了星载 SAR数字仿真系统 ,对不同误码率条件下的点目标阵场景的星载 SAR原始回波信号进行数字仿真 ,采用 Chirp Scaling算法进行成像处理 ,并对成像结果进行图像质量评估 ,研究了误码噪声对点目标 (尤其是弱信号目标 )性能影响的规律。     

基于通用计算机平台的星载合成孔径雷达成像处理系统

针对通用微型计算机平台的特点，基于面向对象的设计思想，结合工程化的要求，进行了星载合成孔径雷达(SAR)成像处理系统的方案设计和软件实现。该系统能够完成针对真实星载SAR数据的辅助数据处理、轨道参数估计、多普勒参数估计、成像处理、成像结果显示以及产品数据打包等一系列任务，实现从星载SAR回波数据到1级产品数据的处理流程。同时，该系统具有功能完整、精度高、有较强通用性、稳定性、易用性的优点。通过实际运行、测试，证明设计合理、性能稳定。     

FMCW体制毫米波SAR星座未来应用方法初探

近年来，随着天基遥感应用需求的不断多样化，具备干涉测高、干涉测速等能力的多星合成孔径雷达(SAR)组网系统概念面临工程化实现的难题。为降低组网星座成本和规模，提升工程可实现性，提出了双星调频连续波(FMCW)体制毫米波SAR系统概念，并针对其中星间同步、内定标、星间数据传输等关键问题进行了详解。在双星系统的基础上，设计了多星组网拓展方式，使系统具备了高分宽幅、干涉测高、干涉测速等能力，为未来SAR星座应用方法研究提供参考。     

国外SAR卫星T/R模块电源单元设计分析与启示

合成孔径雷达(SAR)卫星的发射器/接收器(T/R)模块电源设计约束条件多、设计难度大,文章对国外具有代表性的地中海盆地观测小卫星星座(COSMO-SkyMed)、"哨兵-1"(Sentinel-1)卫星和阿根廷微波对地观测卫星(SAOCOM-1A)等SAR卫星中T/R模块电源的设计方案进行了介绍,对比了主要技术指标、电路拓扑、设计特点、动静态性能、体积质量等关键参数,分析提炼了T/R模块电源的电路拓扑筛选、滤波电容设计、交叉调整率等设计要点,结合我国T/R模块电源的研究现状,提出了我国SAR卫星T/R模块电源技术在功率变换拓扑效率提升研究、滤波器优化设计方法研究、T/R电源的可靠性研究等方面的发展建议。     

德启用卢皮(SAR-Lupe)合成孔径雷达卫星监视系统

近日,德国陆军启用了首个卫星监视系统——卢皮(SAR-Lupe)合成孔径雷达卫星监视系统。该合成孔径雷达(SAR)系统由5颗卫星组成,卫星质量770 kg,外形尺寸为4 m×3 m×2 m,功率250 W,设计寿命10年,采用肼推力器。卫星可提供分辨率0.5 m图像,星上存储器可储存10幅SAR图像数据。该系统能进行多角度监视,具有穿透云层和夜间监视的能力。该系统于2008年夏季开始运行。2008年12月4日,制造商OHB系统公司正式向德国陆军交付了卢皮系统。该系统的地面站设在Grafschaft。据介绍,从卫星到达指定位置上空到图像编辑完成,只需10 h即可获得任意地区的监视图像。卢皮系统的研制成功,标志着未来德国将不再需要依赖美国提供数据信息。德国可与法国共享由太阳神Ⅱ军用卫星提供的日间图像数据信息。(肖择)德启用卢皮(SAR-Lupe)合成孔径雷达卫星监视系统@肖择     

合成孔径雷达系统通道带宽优化设计方法研究

针对合成孔径雷达(SAR)图像质量指标与系统通道带宽的关系,对通道带宽进行优化设计。以Butterworth带通滤波器为例模拟SAR系统通道特性,利用驻定相位原理推导了滤波器引入的相位误差的表达式。引入通道带宽系数的概念,对相位误差进行勒让德正交展开,得到相位误差均方差与带宽系数和时间带宽积之间的定量关系式,进而确定带宽系数与图像质量指标之间的定量关系。在此基础上,提出SAR系统通道带宽优化设计方法,给出了带宽系数的下限,为SAR系统工程带宽设计提供了理论基础。     

国外星载SAR系统的最新进展

简述了日本、意大利、德国、加拿大等国发展SAR卫星的近况;重点论述和研究了国外主要星载合成孔径雷达系统的技术指标和性能;在对比分析的基础上,提出我国应对国外星载SAR系统工作模式、数据格式及采用的新技术、新算法等进行研究,对高精度的轨道保持技术和姿态控制技术,分布式编队小卫星SAR系统总体技术等关键领域开展攻关。