非匀速弹道SAR成像方法研究

非匀速直线弹道成像是弹载SAR领域的核心问题之一。首先构建三维空间中的非匀直弹道模型,通过泰勒近似公式分析运动偏差的来源,并将运动偏差分解成方位偏移、地距偏移和俯仰偏移等三个部分。推导了横向运动和俯冲运动分别引起的地距偏移和俯仰偏移函数,从而得到了对应的运动补偿函数。方位偏移表现为SAR平台在方位向作变速直线运动,回波的数据格式可看成空间非均匀采样的结果。为此,提出了一种利用空间非均匀采样模型替代时域变多普勒模型的成像方法。该算法将变速运动等间隔时间采样的回波数据等效为匀速运动中非等间隔时间采样数据,然后通过方位向非均匀离散傅立叶变换将数据变换到均匀频率域,再完成其它后续的成像操作。完整地推导了非匀直弹道SAR成像的全过程,点目标仿真结果清晰可见,表明了算法的有效性。
     

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.     

速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响研究

通过理论推导,证明了顺轨干涉SAR对海洋成像时同普通SAR一样,存在速度聚束调制。速度聚束调制使得顺轨SAR对海洋成像时产生一种非线性映射关系,这种非线性映射关系与径向流场的方位向梯度变化以及平台到目标的斜距与平台运动速度的比值(R/V)有关。以方位向存在一定坡度的浅海地形为例,分析了速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响。仿真结果分析表明：当径向流场在方位向上存在梯度变化时,根据梯度变化的大小和方向的不同,会使浅海地形特征在顺轨干涉SAR相位图像上产生压缩、拉伸甚至混叠等失真,且R/V越大失真越严重。     

方位向非均匀采样对多通道天线星载SAR成像性能的影响

方位向周期性非均匀采样是多通道天线星载SAR系统设计时需要考虑的一个重要因素。针对多通道天线星载SAR系统中存在的方位向周期性非均匀采样对成像性能的影响进行了分析。在建立多通道天线星载SAR回波信号模型的基础上,根据成对回波理论和匹配滤波原理推导了由方位向周期性非均匀采样所造成的虚假目标位置与强度的计算公式,并结合成像处理过程分析了二维成像处理算法对虚假目标的影响,给出了二维成像处理后所得到的虚假目标强度计算公式。最后,通过计算机仿真验证推导与分析的正确性。     

一种基于压缩感知的高分辨率宽测绘带合成孔径雷达成像算法

针对高分辨率宽测绘带合成孔径雷达（High Resolution Wide Swath Synthetic Aperture Radar, HRWS SAR）在俯仰向波束形成受地面目标高程影响造成增益损失以及在方位向非均匀采样造成模糊的问题,文中提出了一种基于压缩感知（Compressed Sensing, CS）技术的HRWS SAR成像算法。根据SAR系统和平台参数建立精确的观测模型后,通过求解优化问题直接准确地估计出了在地面高程变化影响下的目标来波方向（Direction of Arrival, DOA）并重建了非均匀采样下的方位向观测场景,从而实现了HRWS SAR在俯仰向和方位向的非模糊成像。仿真结果表明了本文算法的有效性。     

星载滑动聚束SAR模糊特性分析与仿真

介绍了星载滑动聚束合成孔径雷达（SAR）的成像原理,构造了滑动聚束SAR的方位模糊度计算模型,并分析了其距离模糊度计算模型。系统设计及模糊特性仿真结果表明：模型可用于SAR系统参数优化设计。     

调频连续波合成孔径雷达滑动聚束成像算法

调频连续波(FMCW)体制下,传统脉冲合成孔径雷达(SAR)的"走—停"回波模型已经不再适用,快时间走动项引入的距离-方位耦合项不可以忽略,否则会使图像质量的降低。该文首先构建FMCW回波模型,其次,提出了一种基于两步式的滑动聚束SAR成像算法。所提算法针对滑动聚束模式中,多普勒历程大于脉冲重复频率(PRF)所造成的频谱混叠问题,采用方位频域去斜的预处理加以解决。由于距离徙动校正(RCMC)后方位时域依旧混叠,该算法通过方位去斜在频域完成聚焦避免再一次的解混叠操作。通过仿真验证,该算法能够实现高精度的FMCW SAR滑动聚束成像。     

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。     

提高星载合成孔径雷达图像几何校正精度的算法

依据合成孔径雷达 (SAR)距离方程和多普勒方程 ,用 SAR成像参数可实现 SAR图像的几何校正。星载 SAR平台存在定位误差 ,特别是在轨迹向和垂直轨迹向 ,将影响几何校正的精度 ,主要是降低图像的几何逼真度及增大目标定位误差。文中提出了采用有限数量的地面控制点抑制卫星在轨迹向和垂直轨迹向的定位偏差 ,从而有效地提高了 SAR图像的几何校正精度     

一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法

针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

双臂自由飞行空间机器人捕捉目标实验研究

本文主要介绍了在地面上模拟的空间微重力环境下双臂自由飞行空间机器人捕捉目标的实验。首先介绍了双臂自由飞行空间机器人地面实验平台，该实验平台由机器人模型、视觉系统、无线通讯系统、网络系统、操作台、运动规划系统、气浮系统七个子模块构成。其次简单介绍了双臂自由飞行空间机器人捕捉目标策略，最后介绍了基于该实验平台的几种实验。     

高速平台下动目标高分辨成像方法研究

高速平台对地面强散射移动目标或者海面舰船目标进行合成孔径雷达成像（SAR）时，存在两方面问题：一是传统SAR匀速直线模型已不适应高速平台自身高动态运动特征；二是目标的非合作运动一方面会引起图像散焦，另一方面动目标在地距图中的位置会产生较大偏移。针对这两个问题，首先在匀加速度模型频域相位滤波算法下，推导出了精确的斜地投影关系以及近似的反投影关系，同时给出了基于惯性组合导航（INS）的平台运动补偿方法，最后结合自聚焦技术，完成对舰船目标的聚焦并得到以目标为图像中心的地距图。     

交会相对运动确定的新方法

本文叙述空间交会过程中相对运动参数测定的新算法。在测量目标的相对距离和方向的基础上,借助于追踪航天器上的地球敏感器和太阳敏感器,就能直接确定在目标轨道坐标系中相对运动的参数。为此,测量系统可以不含陀螺惯性平台。     

激光雷达动态成像几何畸变的缩略修正法

针对激光雷达动态成像的畸变问题，系统地给出了相对静止成像映射变换模型、动态成像映射变换模型、完整的逐点修正法表达式。为了解决实时获取目标信息与复杂的修正运算之间的矛盾，给出了缩略修正法及其误差分析结果，此结果可作为设计与选择雷达陀螺平台的工程依据。     

基于机动平台序列图像的空间飞行器定轨技术研究

针对机动观测平台单目光学成像系统的特点,在不能测定目标飞行器位置和速度的前提下,通过对成像系统与空间飞行器空间关系的分析,提出了视平均运动角速度与真平均运动角速度的概念,并构建了关于二者的约束方程,实现了基于测角数据的观测斜距的估计,从而解算出定轨所需的初始状态参数。基于观测斜距估计的轨道确定方法把对空间飞行器的定轨问题,归结为根据图像序列计算目标测角和根据测角数据确定观测斜距,解决了利用空间单目光学成像数据的定轨问题,并以高轨卫星为实例对定轨精度进行了仿真验证。     

一种基于图像形态学的深空图像模糊复原方法

针对深空目标与空间相机相对运动造成的图像运动模糊问题,文章提出了一种基于图像形态学的运动模糊复原方法。首先运用图像形态学细化的方法消除图像中的冗余信息,快速提取图像中目标的特征;其次运用最小二乘法直线拟合方法对目标运动方向进行估计,再利用连通域划分结果对目标运动长度进行估计;最后采用约束最小二乘方滤波对退化模型进行逆推导运算来实现目标运动模糊复原。通过实验验证结果表明：文章提出的基于图像形态学的深空图像运动模糊复原方法能够正确估计运动模型参数,通用性强,易于在轨实现,可以处理目标与相机相对运动造成的运动模糊问题,在目标运动方向不一致的图像中取得了良好的复原效果。     

针对弹载平台红外小目标的检测与跟踪算法

为了提高对红外小目标检测与跟踪的精度与速度,设计了一种针对红外小目标的单目标检测与跟踪算法,包含一个基于MB_LBP+AdaBoost与管道滤波器的目标检测模块,和一个有跟踪失败监测机制的基于模板匹配的多尺度跟踪模块。经过测试,该算法对边长11~31像素大小的指定类型的红外小目标取得了较好的检测效果,目标跟踪模块对于目标的尺度变化,快速运动,遮挡有较高的鲁棒性,算法中的跟踪失败监测机制在检测到跟踪异常的情况下能重新调用目标检测算法找回目标,经过测试对比,本方法跟踪的精度和速度综合优于主流跟踪算法,并且能够在弹载平台上实时运行。     

三维极小脱靶量与极小能量综合最优控制律研究与仿真

根据空间平台拦截器与目标的相对运动方程,基于线性系统最优控制理论提出了一种综合三维极小脱靶量与极小能量的最优控制律。给出了最优推力大小与方向控制,以及最优过渡时间和关机时刻确定的模型。仿真结果表明:该最优控制律控制精度高,易于工程实现。     

Tether-platform coupled control

From the control point of view, tethered systems pose several challenges, the major one pertaining to the regulation of the unstable system dynamics during the retrieval phase. On the other hand, the system configuration permits design of controllers using length rate, tension and offset schemes, which are not feasible with other satellites. Here “offset” refers to the time dependent variation of the tether attachment point at the platform end. The present paper studies several applications of the offset scheme in controlling the tethered systems. To that end, planar equations of motion of a space platform based Tethered Satellite System (TSS) are derived by the Lagrangian procedure. This is followed by representative results aimed at the offset control of platform pitch, tether attitude and vibration motions. The offset scheme is used for simultaneous control of platform and tether pitch motion. Finally the attention is directed towards simultaneous regulation of the platform pitch and longitudinal tether vibration. The numerical results clearly show considerable promise for the offset control scheme in regulating tether, platform and combined tether-platform dynamics.