合成孔径雷达的一种快视实时成像算法

给出一种适于机载 SAR实时成像处理的快视方法 (RQL M)及其实现 ,该算法在方位向上采用非聚焦的处理方法。方位向非聚焦压缩的原始方法是采用一个固定宽度的时域矩形窗对方位向所形成的线性调频信号进行滑动滤波 ,使用简单的加法操作完成方位向非聚焦压缩。但由于矩形窗的旁瓣衰减慢 ,因而在图像中如果高频分布比较多 ,由于相位误差的加大会使图像质量变差。文中采用两个级联的可变宽度矩形窗来形成一个梯形窗 ,使窗函数的频率响应介于矩形窗和三角窗之间 ,可以通过调节两个矩形窗的宽度来调节频率响应的主瓣宽度和旁瓣衰减。从而调节方位向的分辨率、积分旁瓣比 (ISL R)和峰值旁瓣比 (PSL R) ,进而调节成像结果的质量。该算法提供了较好的成像效果和应用的灵活性     

地球同步轨道SAR曲线轨迹模型和成像算法研究

由于地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度高,地球自转对其影响较为严重,其相对地球的运动变得更为复杂,低轨SAR中的直线轨迹模型已不能精确逼近其真实成像几何,基于该模型推导的成像算法也不再适用。针对这一问题,本文首先根据GEO SAR平台的运动特点,使用高阶逼近模型建立了适用于GEO SAR长合成孔径时间的斜距方程,并结合级数反演法,推导出该斜距方程下的二维频谱高阶近似表达式。在此基础上提出了一种二维频域成像算法并分析了其运算量。该算法所有操作都由快速傅里叶变换和相位点乘完成,具有较高的效率。点目标仿真结果表明本文斜距方程精度较高,该算法能实现GEO SAR全孔径高精度成像。     

星载合成孔径雷达快视成像

通过对星载合成孔径雷达 (SAR)原始回波信号的分析 ,推导出星载SAR快视成像算法 (SPECAN算法 ) ,并分析了SPECAN算法的主要难点。最后用SPECAN算法对实际星载SAR回波数据进行成像 ,进一步验证了用SPECAN算法进行快视成像的高效性。     

几种GEOSAR上成像算法比较

地球同步轨道SAR具备着低轨SAR所不具有的优势,然而其具有合成孔径时间长、慢速运动的特点,成像处理远比低轨SAR复杂。针对地球同步轨道＂8＂字形星下点轨迹的特点,结合现有的成像算法,对GEOSAR回波信号进行了建模,对成像算法的选择做了说明,主要分析了BP算法、RD算法、CS算法。最后在对三种算法分别仿真的基础上详细地比较了算法在地球同步轨道上的适应性、成像效果以及计算量。     

应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理验证方法

为了验证地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)的成像机理,采用倾斜地球同步轨道(IGSO)北斗导航卫星作为照射源,通过地面接收北斗导航卫星信号和地面反射的回波信号,实现对GEO SAR成像机理的等效性验证。北斗导航卫星具有与GEO SAR卫星相似的轨道,地面接收的信号可以等效成单程传播的GEO SAR回波信号;成像处理采用与GEO SAR相同的合成孔径时间,在合成孔径时间内地面反射的北斗导航卫星信号具有与单程传播的GEO SAR回波信号相似的距离徙动特性和多普勒特性,可实现长合成孔径时间条件下GEO SAR成像机理的验证。通过双基地试验实现了应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理的等效性验证。     

卫星混编数据地面接收快视系统的设计与实现

提出了一种针对多遥感器、多数传通道的陆地观测卫星地面接收快视系统设计的新思路,即当星上有效载荷压缩数据与未压缩数据混编下传时,在地面接收站只需从混编基带数据中提取未压缩数据,进行帧同步与去格式处理后实时快视,即可达到既能实时监测数据接收质量,又简化地面接收系统设计的目的。     

考虑电离层对GEOSAR影响的改进CS成像算法

地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)轨道位置高且合成孔径时间较长,电离层的空时变化特性严重影响该雷达的聚焦性能。为解决电离层对GEOSAR成像聚焦性能的影响,提出一种改进的chirp scaling (CS)成像算法。结合GEOSAR的轨道运动特点,给出因电离层空时变化引起的回波信号模型,提出了改进CS成像算法用以解决电离层对成像聚焦性能的影响。仿真结果表明:该成像方法能较好地处理电离层影响,可获得理想的聚焦成像结果。该方法为GEOSAR实现高精度成像提供了技术支撑。     

一种方位时变GEO SAR成像处理新算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)回波模型的距离空变和方位时变问题,提出一种基于改进距离-多普勒(RD)和方位向调频尺度变换(CS)的成像算法。首先引入四阶泰勒展开模型解决成像中存在的弯曲轨迹问题,然后对传统RD算法进行改进,补偿距离空变,最后对方位时变进行建模,通过方位向CS补偿方位时变,使GEO SAR能够进行更大场景的成像。结合天基雷达先进仿真系统(SBRAS)进行仿真,验证了该算法的有效性。     

无人机载MiniSAR实时成像处理GPU异步优化

合成孔径雷达(SAR)以其全天候、全天时的工作特性及其分辨率不随平台高度变化的成像特性,已成为航天遥感、目标检测领域重要的传感器之一。SAR算法复杂度往往与成像分辨率呈正相关,其中计算量问题成为雷达成像实时性的一大挑战。无人机载MiniSAR具有小型化、低功耗、灵活性强和隐蔽性强等优点,其小型化使设备计算能力受限,加剧了复杂度与分辨率之间的矛盾。图形处理单元(GPU)和多线程技术发展迅速,为无人机载MiniSAR实时成像提供了平台。本文根据实时处理机数据流和GPU异构系统的特点,提出了一种GPU异步优化方案,该方案可明显提高中央处理单元(CPU)与GPU之间的并行工作效率,节约大部分的数据存取开销。实验结果证明:GPU的成像效率是单CPU系统的12倍左右,在此基础上,使用GPU异步优化方案后效率可继续提升15%左右。本文提出的设计思路可显著缓解无人机载MiniSAR的实时成像计算压力。     

大型GEO通信平台主动段力热综合性能分析

对于大型高价值卫星,为增强卫星的抗风险能力,在极端温度环境、相较一般发射工作程序有所偏离的情况下,进行了卫星平台的力热性能分析。分析结果表明:采用3D舱板的有限元分析模型能够更好地揭示平台的结构变形;主动段的热变形只占力热综合变形的较少部分,并且随着主动段趋于结束,热变形在力热综合变形的占比在增加。平台的热分析温度结果为50.84~-11.89 ℃,未超出卫星的极限温度要求,表明卫星的热性能有一定保持能力。但是,热耗较大的舱板在给定的较极端边界条件下,分析结果较一般条件下的热平衡试验结果温度高约25 ℃。力热综合分析的结构变形结果最大为1.73 mm,不会危及卫星结构强度,表明卫星平台具有一定结构性能保持能力,但结构变形的结果已经接近结构局部精度的要求量级,值得关注。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明：在20 km基线上,利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景。     

星载合成孔径雷达系统设计的主要问题

着重说明星载合成孔径雷达系统工作频率、极化方式、入射角、分辨率、观测带宽、收发方式、工作模式、脉冲重复频率、数据率及发射功率等关键参数选择的一些主要问题。     

基于组字典学习的逆合成孔径雷达成像方法

基于压缩感知(compressive sensing, CS)的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像方法可以使用非常少的数据来获得高质量的图像。但基于CS的ISAR成像方法中目标场景不准确的稀疏表示限制了成像方法的性能。结合字典学习(dictionary learning, DL)技术的CS ISAR成像方法能够寻找到目标场景图像块的最优稀疏表示,提高成像质量,但每一个图像块被单独考虑,而忽略了彼此之间的相互依赖关系。为了实现进一步提高成像质量的目标,针对ISAR图像分块重建的问题,首次提出一种基于组字典学习(group dictionary learning,GDL)的ISAR成像方法。将具有相似结构的图像块聚类并构建出多个图像块组,利用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)从图像块组中学习出最优组稀疏变换字典。学习好的组稀疏变换字典可以寻找到待重建图像块组的最优稀疏表示,进而重建出高质量的目标场景图像。实验结果表明:与现有的CS ISAR成像方法相比,基于GDL的ISAR成像方法能获得更好的成像效果,并具有更高的计算效率。     

一种Ka波段多通道FMCW SAR数字接收机设计与实现

调频连续波体制合成孔径雷达(FMCW SAR)因其体积小、成本低、重量轻及分辨率高的优点越来越受到关注。随着软件无线电技术的迅速发展,数字信号处理机在SAR载荷系统中扮演越来越重要的角色。提出一种多通道Ka波段毫米波SAR数字接收机的设计与实现方法,详细分析了FMCW SAR去调频接收过程,研制出一种基于FPGA的多通道数字接收机平台。以三通道为例,采用多类滤波器级联技术,设计系统软硬件,最后通过系统测试及试验验证了方案的正确性与可行性。     

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。     

基于多DSP的机载SAR距离徙动校正实现方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)数据量大、运算复杂、实时性能要求高等问题,提出了一种基于多片多核DSP并行的方式实现机载SAR距离徙动校正的方法。重点介绍实现过程中的片间及片内并行和同步处理、数据交互、数据分配,距离徙动校正的距离向脉冲压缩和惯导补偿,以及多普勒中心估计实现的具体步骤,利用点仿真和实测数据验证了该方法的有效性,并提出优化模块,进一步提高运算的实时性。     

基于无人机平台的机动式标校系统设计与应用

随着我国航天事业的不断发展,地面卫星测控网也日益完善,呈现出数量多、分布广、频段宽、工作体制多等特点。为提高航天测控装备标校的精度和效率,克服传统标校方式所具有的造价高、操作繁杂等缺点,研制了一套车载机动式、基于无人机(UAVs)平台的航天测控装备标校系统。该系统采用实时载波相位差分定位(RTK)技术,配备多类高度集成小型化目标载荷,可对地面统一测控、雷达和光电装备进行精度鉴定以及日常进行大动态范围标校和训练等工作。首先,介绍了系统的工作原理、系统组成及精度鉴定数据处理流程;其次,基于外场实验,给出了该系统的鉴定效果;最后,相较于目前测试性能单一的标校系统,该系统具有集成度高、机动性强、覆盖频段广、可完成性能实验多等优点,有更好的使用和推广价值。     

印度太空研究组织(ISRO)设计GEO成像卫星

据报道,印度太空研究组织(ISRO)正在设计一颗地球同步轨道(GEO)成像卫星(Gisat)。该卫星将携带一个具有多光谱(可见光谱、近红外光谱、热光谱)、多分辨率(50m到1.5km)成像设备的GEO成像仪,定位于36 000km地球同步轨道位置。     

卫星数据首轨接收自动化运行与首轨遥感图像实时远程快视

2014年12月7日,中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星04星(以下简称CBERS-04星)发射成功。12月8日10时44分,在第15圈卫星轨道上,CBERS-04星首次打开全色相机并向地面发送遥感数据。中国遥感卫星地面站密云站即时接收首轨卫星图像数据,与此同时,在100km外的地面接收站网运行管理系统进行全分辨率快视。这标志CBERS-04星首轨遥感数据接收任务成功,也是在国内首次实现陆地观测首轨卫星遥感图像数据远程实时显示。4分钟后,三亚站开始首次接收数据,并实时传送至北京显示。11时25分,在第16圈轨道卫星首次向地面发送红外相机遥感数据。喀什站首轨数据接收成功,图像在北京实时显示。至此,3站首次接收的2部国产有效载荷首轨数据接收任务执行与远程实时图像快视试验一次成功。目前,地面数据接收站网正在执行CBERS-04星在轨测试任务。