基于GPS测量的编队飞行的主星轨道对星间基线确定的影响

针对编队飞行系统中的高精度星间基线确定问题,对编队主星轨道状态与星间基线进行了关联建模.基于GPS测量的相对导航模型解和测量基线与工作基线之间的坐标转换,建立了相应模型并分别给出了误差传播关系,讨论了主星状态对星间基线确定的影响.该影响的规律和大小与多方面因素有关,其中小卫星编队与GPS星座之间的观测几何特别是编队宽度是主导因素,在宽编队情形下,为得到高精度星间基线,对于主星轨道状态的精度要求较高.     

主星带伴随小卫星编队SAR系统干涉测高精度与编队构形设计

针对主星伴随小卫星编队SAR新的干涉几何关系,在给出其新的干涉测高原理的基础上,建立了绝对高程误差模型和相对高程误差模型。分析了空间基线姿态参数与测高精度之间的关系,给出了具有一般性意义的测高精度关于三维基线姿态的分布全貌图。以此测高精度分布图对两种典型编队构型的测高性能进行了分析,指出两种编队在设计上的先进性,证明了该图对基于测高性能的编队构型优化设计具有重要意义。     

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。     

关于主星带伴随分布式小卫星雷达系统的姿态跟踪控制研究

波束指向同步是主星带伴随分布式小卫星雷达系统必须解决的问题之一.主星为补偿多普勒频移而进行的姿态导引会导致地面目标点相对位置漂移,针对这一现象,伴随分布式小卫星应进行姿态控制与主星协同,为保证姿态控制器在外界扰动和参数不确定情况下有效工作,分别设计了自适应姿态机动控制律和姿态跟踪控制律.仿真结果表明,姿态控制器可以有效实现姿态机动和跟踪,控制精度能够满足波束指向同步的要求.     

基于双星编队SAR三轨法差分干涉技术的基线设计

将单星重复轨道三轨法差分干涉扩展到双星编队,对正侧视下合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)技术的基线设计进行了研究。在测量坐标系中,将位于主星距离高度平面内的简化基线扩展为空间矢量,根据空间几何关系得到正侧视下双星编队SAR三轨差分干涉法的空间基线模型。建立了编队SAR测高程时基线设计公式,以及基线矢量到DInSAR测形变所需基线的转换公式,基于该模型首次从应用角度分析了基线对编队SAR三轨法差分干涉测形变的误差传播特性。给出了基于基线比的基线设计方法:测高程时,基线选择以临界基线为上限,综合考虑测高精度和灵敏度确定基线;测形变时,为降低误差对形变精度的影响,基线比应尽量小(基线比为0.25时编队SAR三轨法DInSAR形变测量精度最高),即地形图像对的垂直有效基线应尽量大,形变图像对的基线应尽量小。用ALOS-2卫星参数进行了仿真计算,所得编队基线和重复轨道基线误差要求分别为毫米级和厘米级。研究对DInSAR系统中基线参数设计有更直观的理论指导意义和实际应用价值。     

主星带辅星的分布式SAR二次干涉动目标检测方法

设计了一种以满足GMTI功能为主同时兼顾InSAR功能，由1颗主星和4颗辅星组成的双椭圆绕飞被动稳定编队构型，利用绕飞编队的对称星消除垂直轨迹基线从而获得虚拟的单纯沿航迹基线。提出了对称星二次干涉处理方法，将杂波对消与沿航迹干涉（ATU技术结合起来，在杂波对消后进行动目标检测，并指导在检测到动目标存在的区域进行二次干涉，降低了虚警率，提高了检测精度；同时利用长基线获得较小的最小可检测速度，二次干涉提供的参差基线解速度模糊提高了最大不模糊速度，从而增大了速度可检测范围。计算机仿真结果表明该方法即使在地面场景高程有较大起伏时也能有效进行动目标检测并进行精确测速和定位。     

深空探测中利用静止轨道卫星编队连续导航精度分析

针对我国难以全天候24小时对探测器连续测控和通信，以及建立全球性深空网络困难的问题，提出利用地球静止轨道卫星编队进行深空导航的构想。两个静止轨道卫星编队相距一定角度，可以完成对深空探测器进行全天候连续导航定位。卫星编队采用无源反向导航的方法，多颗卫星协同工作，共同完成导航任务。分析表明该天基导航系统的几何参数精度因子受时间测量误差均方差和基线长度变化影响较大。编队的构型对定位精度有很大影响，其中基线长度不能过小，时间测量误差均方差不能过大，否则定位误差会急剧增加，伴随卫星椭圆轨道偏心率也存在一定界限。增加伴随卫星数量也有利于提高系统的定位精度。     

分布式航天器应用系统编队构形优化设计一般方法

从系统性能优化角度出发,提出分布式航天器应用系统编队优化设计一般方法,将其概括为求解一个优化问题.根据系统任务要求,建立通用目标函数,用性能指标的加权和来表示;选取优化问题的决策变量,用编队设计变量的矢量组合表示;以基线矢量过渡,建立性能指标与编队卫星设计变量的关系,进而建立优化问题的目标函数与决策变量的关系,得到完整的优化问题描述;采用遗传算法求解.针对主星带辅星群体制分布式干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统进行仿真编队优化设计,并与干涉车轮和钟摆进行仿真分析比较,仿真结果验证了优化设计方法的有效性和正确性.     

卫星编队多Agent软件结构仿真研究

随着小卫星技术的发展,今后由多颗微小卫星近距离编队飞行将成为在轨航天器部署的主要形式。本文把多Agent思想引入卫星编队,提出了基于多Agent卫星编队软件结构,根据编队中不同卫星Agent的智能水平和相互关系给出了4种分布形式,在把智能水平最高的主星Agent模块化结构做重点介绍的同时,以避免两星碰撞为例阐述了模糊控制逻辑在主星决策Agent中的应用。     

分布式航天器应用系统编队构形优化设计一般方法

从系统性能优化角度出发，提出分布式航天器应用系统编队优化设计一般方法，将其概括为求解一个优化问题。根据系统任务要求，建立通用目标函数，用性能指标的加权和来表示；选取优化问题的决策变量，用编队设计变量的矢量组合表示；以基线矢量过渡，建立性能指标与编队卫星设计变量的关系，进而建立优化问题的目标函数与决策变量的关系，得到完整的优化问题描述；采用遗传算法求解。针对主星带辅星群体制分布式干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）系统进行仿真编队优化设计，并与干涉车轮和钟摆进行仿真分析比较，仿真结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

干涉合成孔径雷达信号处理研究综述

干涉合成孔径雷达技术作为一种遥感手段可以快速准确地获得地面三维信息。文中回顾了干涉合成孔径雷达近年来的一些重要研究成果,分析信号处理中配准、干涉、去平地、相位图降噪、相位展开、数字高程模型生成与校正的制约因素,分析运动补偿的原理和效果。对今后的研究热点和研究方向作一展望。     

基于频域DPCA的星载SAR动目标检测、测速与定位

给出基于频域DPCA的星载合成孔径雷达 (SAR)动目标检测、测速及定位的实现方法。首先建立星载SAR沿航迹向三孔径天线空间几何模型 ,并详细分析星载SAR三孔径天线机理及信号特性 ,然后分析并推导基于频域DPCA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 ,计算机仿真结果验证其有效性     

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。     

星载SAR的GMTI技术

根据地面动目标回波信号特性,研究了用于星载合成孔径雷达（SAR）的相位中心偏置天线（DPCA）、沿航迹干涉（ATI）、DPCA-Radon和DPCA-Frft-ATI等地面动目标检测（GMTI）算法。讨论了以实现GMTI为任务的分布SAR小卫星的构型和工作模式,分析了GMTI的最大可检测速度、最小可检测速度和盲速等系统指标,以及分布式SAR系统实现GMTI的难点。     

时间同步误差对星载寄生式InSAR系统干涉相位的影响分析

时间同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。提出了一种新的时间同步误差模型，并在该模型的基础上详细分析了不同形式的时间同步误差对双站SAR成像及InSAR干涉相位的影响。建立了时间同步误差到干涉相位误差的传递模型，指出了星载寄生式InSAR系统对频率源准确度和稳定度的指标要求，仿真验证了理论分析的正确性，分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。     

基于MFT的非匀速转动目标干涉ISAR三维成像方法

非匀速转动目标各距离单元内的回波信号为多分量的多项式相位信号,采用傅里叶变换进行横向压缩得到的目标ISAR像会发生散焦,从而影响干涉ISAR三维成像质量。针对非匀速转动目标,提出了一种基于匹配傅里叶变换的InISAR三维成像方法。该方法对各天线接收回波的每个距离单元采用匹配傅里叶变换得到聚焦的目标ISAR像,进而得到散射点不同接收天线间的干涉相位,最后从干涉相位求解散射点三维位置重构目标的三维图像。由于非匀速转动目标多项式相位信号的相位系数之间的比值只与目标转动参数有关,因此该方法只需估计某一个散射点对应回波的多项式相位系数就可构造所有匹配傅里叶变换的积分路径,而且适用于任意阶的非匀速转动目标。仿真表明了该方法的有效性。     

星载SAR海洋特征检测技术初步研究

以舰船尾迹检测为例,分析了星载SAR对海洋特征成像的机理,从理论上阐述了星载SAR在舰船尾迹检测中具有的独特优势。在此基础上建立了星载SAR对海洋特征成像的仿真模型,并给出了仿真得到的舰船尾迹SAR图像。     

基于通道剪枝的SAR图像舰船检测优化算法

近几年,随着深度学习的发展,基于深度学习的目标检测算法开始应用于合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测。但深度学习模型结构复杂,参数量与计算量巨大,无法应用到星载处理器的实时处理中。本文提出一种结合了Faster-RCNN和卷积通道剪枝的舰船检测方法,在保证检测精度不受较大影响的情况下,剪除卷积层中的部分参数,提高检测效率。实验表明:经过剪枝优化的Faster-RCNN舰船检测模型中的参数量降低了约56%,而推理时间减少了约51%,同时精度下降仅有1.9%。这给未来在星载处理器上部署舰船检测算法提供了新的思路。     

合成孔径雷达与动目标检测

在合成孔径雷达（ＳＡＲ）中，雷达与目标之间相对运动的精确知识是相干处理回波形成高方位分辨率图像的基础。因此，在ＳＡＲ中，对未知运动目标的检测和成像成为一个重要而困难的研究课题。本文较详细地阐述了ＳＡＲ中进行动目标检测的若干方法，包括反射率频移法、多视图像位移法和多天线多通道处理技术。还论述了动目标的定位和速率的估值等问题。     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。