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。     

一种基于时间调制的弹性化SAR卫星系统

星载合成孔径雷达(SAR)系统能全天时、全天候观测,在地震、洪涝、台风等自然灾害监测中具有重要作用。双基、多基SAR卫星更具有极高的经济、科学、安全价值。然而,目前在轨的大型星载SAR卫星造价昂贵,且双基SAR卫星需数颗同等规模的卫星。双基SAR卫星系统存在星间同步链路,因此卫星可扩展性不强。提出了一种基于时间调制的低成本弹性化Ka波段调频连续波(FMCW)SAR小卫星星座系统。该系统基于一组独立、模块化的发射卫星和接收卫星。采用Ka FMCW SAR体制和时间调制天线(TMA)技术,可减轻接收星2/3以上的质量。该系统采用自主任务规划技术,具备多样化的工作模式,为单发多收、多发多收等应用需求提供了一种弹性化的解决方案。     

微小型SAR卫星发展现状及分析

近年来,伴随着卫星规模化应用热潮兴起,微小型SAR卫星迅速发展,成为空间遥感领域的新热点。文章系统梳理了国外典型微小型SAR卫星的最新发展情况,从单星规模、频段选择、工作体制、图像性能、星座构建等多个维度系统总结了当前微小SAR卫星技术发展水平;通过与国外大中型SAR卫星比较,分析微小型SAR卫星的应用场景和体系定位;最后,结合国内微小型SAR卫星发展现状,提出我国微小型SAR卫星发展的星座构建技术路线、轻小型技术的攻关方向和网络化、智能化体系的应用建议。     

基于"斑马图"复用技术的分布式卫星SAR波位设计方法研究

重点研究分布式卫星合成孔径雷达系统的波位覆盖设计问题。推导了精确的星间几何关系模型，针对主星发射-辅星接收的简化模型，提出了一种基于“斑马图”复用技术的设计方法：根据分布式卫星空间几何模型，将辅星雷达回避直达波及星下点回波的限制条件，在主星雷达“斑马图”（即脉冲重复频率与覆盖关系约束图）上示出，即主、辅星复用波位设计“斑马图”；在合成斑马图上选择主星雷达的波位，则可以同时满足主、辅星雷达的限制条件。该方法可以很好地解决分布式卫星合成孔径雷达对地协同探测过程中面临的获取有效测绘带回波的问题。通过计算机仿真，给出波位设计结果，验证了本文方法的有效性。     

FMCW SAR频率变标算法研究

根据调频连续波合成孔径雷达（FMCW SAR）的特点及其信号模型,研究了频率变标算法在FMCWSAR成像中的成像方法,给出了频率变标处理距离单元徙动（RCM）中的校正压缩处理,以及算法的流程。点目标仿真结果证实算法有效。     

卫星扰动对星载SAR成像质量的影响

星载合成孔径雷达快视成像质量与卫星的运动姿态密不可分，卫星扰动主要体现在对多普勒参数的影响上，而快视成像一般利用卫星星历来估计多普勒参数。通过详细分析，找出了卫星扰动对多普勒参数的内在联系，给出了详细的数学公式并结合实际数据进行了计算机模拟，给出了平台的控制精度范围，为星载ＳＡＲ系统设计提供理论依据。     

毫米波SAR DBF-SCORE成像算法及系统级验证

分辨率和幅宽是成像雷达的核心指标.面向当今高分宽幅的任务趋势,基于毫米波的多通道合成-扫描接收体制是实现宽幅数据获取的有效技术途径,具有实践价值.除了单一通道成像的基本策略之外,机载多通道成像不但要完成运动补偿,还需要根据实际回波特性实现多通道数据的有效校正与合成.本文针对Ka毫米波多通道系统的实测数据进行了具有较高稳...     

小SAR卫星偏航导引控制

为消除近极低轨道小星载合成孔径雷达(SAR)参数偏移，基于姿态控制动力学模型，研究了偏航导引控制对滚动和俯仰通道动力学耦合的影响。理论分析和仿真试验的结果表明，其影响小于卫星所受的环境干扰力矩。在控制系统设计时，可视为干扰力矩进行处理。     

SAR线性调频脉冲干扰抑制研究

首先通过 SAR成像处理介绍线性调频脉冲干扰的原理。然后 ,分析这种干扰信号的特性及检测方法 ,并重点研究利用频域陷波和参数化方法对降斜率处理后的干扰信号进行抑制 ,即通过分数域滤波抑制线性调频脉冲干扰。最后 ,进行计算机仿真 ,给出仿真结果 ,并对仿真结果进行了分析     

脉冲体制毫米波SAR多通道信号处理方法研究

为实现高分辨率、宽测绘带的综合观测目的,以毫米波频段多通道合成孔径雷达(SAR)信号模型为基础,对同时具备距离多通道、方位多通道的SAR成像处理流程进行分析,针对非均匀通道重构容易受到姿态误差影响的问题,引入惯导设备姿态数据实现参数校准,并基于上海卫星工程研究所Ka频段多通道SAR机载挂飞数据完成方法验证。数据处理结果表明:通过二维多通道数据处理,能够有效改善欠采样下的SAR图像方位模糊特性并优化噪声特性,提升图像可判读性。研究结果可为毫米波多通道SAR成像系统的研制与应用处理提供参考。     

星载高增益毫米波SAR相控天线阵设计

介绍了一种高增益、高效率的星载毫米波合成孔径雷达(SAR)有源相控天线阵的设计。天线单元采用了窄边开缝的波导缝隙天线,辐射缝隙与波导宽边垂直,天线具有效率高、匹配良好的特点。在方位向,波导缝隙天线组成直线阵,直线阵内采用折叠的波导功分器降低了直线阵的剖面高度。在距离向,波导缝隙直线阵紧密排布,形成一维相扫阵列。定标网络及馈电网络均采用波导形式并集成于天线阵列背面,其中,定标网络通过定向耦合器改善了定标通道的一致性及带内起伏特性,馈电网络通过魔T结构改善各有源通道间的隔离度。以距离向84个直线阵为一个子阵列,最终设计的天线全阵在方位向共包含8个子阵列,总体尺寸是595.8λ0×56λ0(λ0是中心频率在自由空间中的波长)。实测天线带内最高增益为54.37 dBi,辐射效率65.2%。天线阵列具有高增益、高效率的优点,同时结构简洁紧凑,适用于星载毫米波SAR系统。     

一种FMCWSAR成像的副瓣抑制方法

调频连续波合成孔径雷达（FMCwSAR）是一种新近提出来的成像雷达体制,它结合调频连续波与合成孔径成像技术,具有体积小、质量轻、成本低、分辨率高等一系列优点。在FMCWSAR成像中,由于副瓣可形成倍增的噪声,并与附近散射体产生干涉,因此,系统响应具有低副瓣是非常重要的。研究了泰勒加权对副瓣的抑制能力,并与其他加权方法进行了比较,之后给出仿真结果,证明了该方法能有效抑制FMCWSAR成像的副瓣。     

FMCW体制毫米波SAR实时信号处理方法研究

与脉冲体制合成孔径雷达(SAR)相比,调频连续波(FMCW)体制SAR具有体积小、重量轻、分辨率高、功耗低和低截获等一系列优点,目前小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制。FMCW SAR在整个脉冲重复周期内都发射信号,其信号占空比达到了100%,为了减小数字接收机采样带宽,降低数据率,FMCW体制毫米波SAR一般采取解线频调接收的方式,但其数据量依然很大,而且机载平台受到气流的影响,运动误差很大,需要迭代估计与补偿,给实时处理模块带来了很大压力。为了提高整个机载FMCW SAR系统的信号实时处理性能,需要在算法层面进行改进。提出了一种两次子孔径误差估计和全孔径误差拼接补偿的FMCW SAR实时成像算法,使用相位梯度自聚焦(PGA)算法和图像偏置(MD)算法级联提取子孔径误差;然后进行子孔径误差拼接成全孔径误差补偿原数据,两维脉冲压缩后完成图像聚焦,提高了FMCW体制毫米波SAR成像算法的效率;最后使用机载Ka波段FMCW SAR实测数据,验证了该算法的有效性。     

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。     

W波段FMCW SAR系统实现与试验

与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注。W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像。提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制。该系统分辨率可达5 cm。系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成。设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像。经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm。试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性。     

卫星SAR载荷蓄电池充电器的建模分析与设计

随着现代商业卫星的发展,低成本、重量轻、多功能、高集成的微纳合成孔径雷达(SAR)卫星迎来加速发展的阶段。由于SAR载荷工作时间短、峰值功率大的特点,需专门为SAR载荷配置一组高压载荷蓄电池,在相同电流下,可输出更大功率。针对高压载荷蓄电池恒流恒压充电的需求,提出采用推挽变换器的隔离升压充电器方案,搭建了推挽变换器的小信号模型,采用峰值电流控制的双环控制策略实现恒流恒压充电控制,最后在充电器样机上进行了实验验证。实验结果验证了分析的正确性与设计的有效性,可以满足SAR载荷蓄电池充电的要求。