The evaluation of damped Newton variational ocean wind retrieval method

This paper researches on Synthetic Aperture Radar (SAR) ocean wind retrieval approach, evaluates the method of Damped Newton VARiational method (DNVAR) and the direct method (DIRECT) using two years’ real SAR data and different background winds. Experiments are carried out using SENTINEL-1 SAR information as observation, National Data Buoy Center (NDBC) buoy data as in-situ data, Global Forecast System (GFS), Advanced SCATterometer (ASCAT), WindSAT, and Cross-Calibrated Multi-Platform (CCMP) wind products as background data. Thousands of match-ups are extracted. Results show that DNVAR can improve the wind field accuracy when the background data is ASCAT and CCMP. Especially, DNVAR wind speed results are much better than the official product of SENTINEL-1 wind data. The background data is crucial to the wind field retrieval results, so high accuracy of background data could lead to high accuracy results.     

SAR卫星多普勒频移偏航导引补偿效果分析

SAR卫星的多普勒中心频率与卫星和地面目标点间的相对运动有关,文章基于轨道动力学理论,把中心频率分解为两个部分,分别与卫星偏航姿态角相关和无关。对卫星施加偏航导引可以补偿前者,后者则作为噪声而存在。首先导出偏航导引的解析表达式,并简化为余弦函数形式使之适合实时计算;然后定义了补偿度的概念,理论上估计了施加偏航导引的补偿效果,同时在考虑地球为椭球体以及存在J2项摄动的条件下,通过对偏航导引简化公式补偿度的数值仿真,证明了补偿效果的理论估计方法在一定条件下的有效性,重点研究了补偿度与轨道偏心率和雷达侧视角的关系;最后进一步阐明轨道根数和雷达参数对补偿效果的影响,为SAR卫星的初步设计提供了理论支持。     

SAR成像对瞄准线方向运动补偿的要求

载体偏离匀速直线运动的运动误差是合成孔径雷达成像的基本困难之一。文章就载体沿瞄准线方向（即雷达天线相位中心至目标视线）同时存在恒定的速度误差和恒定的加速度、同时存在恒定的速度误差和正弦摆动速度误差两种情况进行了详细推导;根据回波信号压缩波形的主瓣偏移、二次相位误差、三次相位误差以及积分旁瓣比等图像指标的最大允许值,给出了带状正侧视合成孔径雷达瞄准线方向运动补偿定量要求的解析式,并结合一例子进行了计算分析。     

星载合成孔径雷达的一种新波形及其处理技术

分析研究了步进频率脉冲串信号在星载合成孔径雷达 (SAR)中应用时的多普勒效应 ,并提出了一种纵向距离合成高分辨成像时多普勒二次相位的补偿方法 ,从而消除了纵向距离分辨率的恶化和信噪比损失 ,同时还可以消除纵向距离向与方位向之间的多普勒耦合     

星载合成孔径雷达的分辨特性

较全面和详细地论述了星载合成孔径雷达（ＳＡＲ）的分辨特性;导出了距离分辨率、方位分辨率和辐射分辨率的定量关系式;阐述了多种辐射分辨率定义的内涵,并对其错误概率进行了比较;介绍了ＳＡＲ图像的分辨体积和可懂度的概念,并且完成了ＳＡＲ图像分辨特性的方形等效。这些论述对于ＳＡＲ图像质量的评估和比较,以及系统参数的折衷设计具有重要意义。     

星载综合孔径雷达设计特点

星载雷达飞行高度高,测绘带宽,因此地球曲率对成像的影响必须考虑;兼之卫星运行轨道偏离理想圆形,雷达离地面高度是个变数,这就使其运动补偿具有自己的特色。其次由于卫星运行速度极快,测绘带又宽,因此星载综合孔径雷达方位和距离模糊问题十分突出。再次,星载综合孔径雷达不满足聚焦深度条件,距离单元位移现象十分突出,必须专门加以校正等等。本文将从上述几方面,探讨星载综合孔径雷达总体设计的特点。     

星载InSAR辅星编队优化设计与分析

以“主星—辅星编队”InSAR系统干涉测高为应用背景,研究辅星编队的优化设计问题。首先,定义优化指标———“有效观测时间比”来描述全轨道周期观测性能,以共绕飞轨道、相位均匀分布的卫星编队(构形类似于CartWheel)作为研究的重点。选取描述编队卫星相对运动的振幅比和相位差作为寻优变量,通过仿真实例用搜索法得出了寻优变量与优化指标的三维关系图,并给出了优化构形的参数区域,得到了最优的编队卫星轨道根数。进一步研究了在主要摄动因素影响下卫星编队构形保持与轨道保持的燃料预算方法,并计算了上述优化构形一年的燃料预算。最后得出有益的结论,为全InSAR系统优化设计提供依据。     

桁架式可展开网状抛物面天线反射器的模态分析

文章利用ANSYS软件中灵活多样化的单元，以及其强大的APDL语言，对小卫星合成孔径雷达可展开网状抛物面天线的反射器进行了模态分析。结果表明，反射面杆的连接方式对整体振动不产生本质上的影响，即在一定的频率范围内当连接扭簧刚度取不同值时，整体振型的数目相同，模态形状相似。     

基于DEM的星载SAR图像模拟以及用于图像精校正

根据星载SAR的距离-多普勒成像原理对DEM的三维位置点进行成像几何位置的计算,然后根据经验公式给出了雷达后向散射系数的模拟方法。针对DEM格网间隔和SAR图像分辨率的不同,以及由于侧视成像雷达的特点而导致山区的迎坡和背坡模拟图像点密度不均匀等问题,采用了基于DEM格网点内插的算法。最后应用模拟的SAR图像和真实图像匹配来实现星载SAR图像的几何精校正处理。通过采用RADARSAT的实际图像进行了图像的模拟和几何校正,证明了方法的可行性。     

构架式可展开网状抛物面天线反射器设计和分析

介绍了一种构架式网状可展开抛物面天线 ,它具有展缩比大 ,质量轻和频段宽等特点 ,可用作小卫星合成孔径雷达天线和其它S、L频段星载通信天线。设计天线的展开尺寸为 2 8m× 6m ,工作在S频段 ,带宽大于 10 0MHz。介绍了天线反射器的结构总体方案和关键部件的结构设计 ,同时对反射器的形面精度、热变形以及刚度等指标进行了分析计算。初步试验结果表明 ,设计方案合理可行     

干涉SAR卫星编队波束同步方法

考虑到干涉SAR卫星编队姿态偏航导引要求,提出了两种兼顾偏航导引的编队波束同步方法。第一种方法结合星地、星间位置关系并通过坐标变换,规划了使系统满足波束同步要求的卫星姿态。考虑到该方法建模抽象、求解繁琐等不足,又提出了基于欧拉旋转的波束同步方法。数值仿真结果表明,两种方法均可有效实现系统波束同步,且后者效果更优。     

主星带辅星群干涉SAR编队设计的约束条件

针对主星带辅星群干涉SAR的星载双站、斜视、空间基线等特点,从系统工作过程和测高性能分析角度出发,分别对主星带辅星编队干涉SAR编队设计的几个变量(主星与辅星群的距离、基线的长度和指向角)提出设计约束条件。对辅星回波时序、信噪比进行分析,得到主、辅星间距离设计的约束条件;对干涉测高精度进行分析,重点考虑空间基线去相关对干涉相位误差进而对测高精度的影响,给出基线长度和指向角与干涉测高精度的关系,得到基线长度和指向角设计的约束条件。仿真分析表明,由于干涉车轮和干涉钟摆编队是基于正侧视干涉几何提出的,它们的测高性能不是最优的。     

分布式SAR超分辨成像的卫星编队构形优化设计方法

编队构形设计是分布式卫星系统总体设计的关键问题,提出了一种编队构形优化设计方法。针对主星带辅星群体制分布式合成孔径雷达(SAR)超分辨率任务,从优化系统效能的角度出发,将满足超分辨性能的时间比率和分辨率改善因子作为编队构形优化设计的目标函数,以基线矢量为中间变量,建立了目标函数与编队卫星轨道根数的关系,并采用遗传算法求解。对不同卫星数目的编队系统进行了优化设计仿真,并与干涉车轮和钟摆编队构形方案进行了分析比较,数值结果验证了该优化设计方法的有效性和正确性。该设计方法还可改变优化目标函数,以适应用户的任务要求。     

高度辅助的INS／SAR组合导航系统研究

对基于SAR图像匹配定位的地形辅助惯性导航系统的原理进行了充分阐述;同时针对SAR图像匹配定位高度通道不可观的特点,增加了高度输出为系统的观测量,从而构成了高度辅助的INS／SAR组合导航系统,并给出了系统实现原理图。依据对SAR图像匹配定位和气压高度表输出的分析,建立了组合导航系统的量测方程,在此基础上设计了线性卡尔曼滤波器,并完成了组合导航系统仿真。仿真结果表明,组合导航系统的定位精度可大大提高,该组合导航系统设计方案是成功可行的。     

0 °C isotherm height for satellite communication in Malaysia

The 0 °C isotherm height is an important parameter for prediction of rain attenuation of microwave and millimeter wave for Earth-space communication. The variations of 0 °C isotherm heights for two monsoon seasons have been studied based on an analysis of radiosonde over three stations. The exceedence probability statistics of rain height are compared between the two seasons. The results on the 0 °C isotherm height can be utilized for the estimation of attenuation of microwave and millimeter wave due to rain over Earth-space paths. Attenuations of radio wave due to rain at frequencies above 10 GHz and above have also been estimated using the 0 °C isotherm height so derived.     

Investigation of vertical profile of rain microstructure at Ahmedabad in Indian tropical region

The microstructure of rain has been studied with observations using a vertical looking Micro Rain Radar (MRR) at Ahmedabad (23.06°N, 72.62°E), a tropical location in the Indian region. The rain height, derived from the bright band signature of melting layer of radar reflectivity profile, is found to be variable between the heights 4600 m and 5200 m. The change in the nature of rain, classified on the basis of radar reflectivity, is also observed through the MRR. It has been found that there are three types of rain, namely, convective, mixed and stratiform rain, prevailing with different vertical rain microstructures, such as, Drop Size Distribution (DSD), mean drop size, rain rate, liquid water content and average fall speed of the drops at different heights. It is observed that the vertical DSD profile is more inhomogeneous for mixed and stratiform type rain than for convective type rain. It is also found that the large number of drops of size <0.5 mm is present in convective rain whereas in stratiform rain, drops concentration is appreciable up to 1 mm. A comparison of measurements taken by ground based Disdrometer and that from the 200 m level obtained from MRR shows good agreement for rain rate and DSD at smaller rain rate values. The results may be useful for understanding rain structures over this region.     

MPI和Pthread混合编程在NCS算法中的设计和实现

根据星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）实时和准实时成像的需求,论文设计和实现了一种混合编程模式的非线性CS（Nonlinear Chirp Scaling, NCS）成像算法。此方法基于SMP（Symmetric Multiprocessing）集群系统,利用MPI（Message Passing Interface）和Pthread混合编程,实现了多进程和多线程的两级流水线并行成像处理。通过在HP刀片系统上的实验验证和结果分析,这种混合编程的流水线NCS并行成像算法既能较好适应前端系统传输一景原始回波数据时间不小于8s的情况,又能较好适应大规模原始回波数据堆积并且等待处理的情况。     

全极化综合孔径辐射计的极化模式

全极化综合孔径辐射计（Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR）是一套高分辨率、轻量化、低功耗的X波段一维综合孔径微波辐射计.分析了FPIR的极化理论,推导出FPIR的极化可视度函数.为了获取全极化信息,FPIR系统采用两种不同的天线阵列设计方案.对于每种稀疏天线阵列,设计了最优极化切换序列.设计的最优极化序列不仅使灵敏度的损失达到最小,还使得水平极化、垂直极化和交叉极化亮温的灵敏度达到相同水平.     

机载SAR运动补偿传感器研究

提出一种不依赖于机载主惯导的运动传感器方案——基于GNSS／SINS的组合运动信息系统。即在SAR成像期间输出以纯惯性为主的信息以保证较高的相对定位精度，供SAR成像补偿；同时，GNSS／SINS的组合保证了长时间的绝对定位精度。介绍了这种运动传感器的原理、数学模型、工作流程控制。实验结果表明，基于GNSS／SINS的运动传感器具有很高的精度，完全满足了SAR成像的精度要求，特别适合于没有机载主惯导或主惯导精度较低的情况。     

基于二维deramp处理的高分辨率 聚束SAR成像算法

有效解决回波信号的数据率是高分辨率聚束式星载SAR的难点之一.基于两步成 像算法和CS(Chirp Scaling)成像算法,提出了一种适用于高分辨率聚束式星载SAR的成像算 法——TDDCS(Two Dimension Deramp Chirp Scaling)成像算法.该算法从距离dechirp处理 后回波信号出发,首先利用二维deramp 处理来消除频谱混叠现象,这不仅能实现以对应条 带模式的脉冲重复频率来设计聚束SAR系统,也保证满足观测带宽度所需的回波窗长度,接 着利用CS处理和相位补偿实现精确的距离徙动校正,最后利用方位相匹配滤波 处理实现方位向压缩,得到最终的成像结果.基于等效斜视模型,给出了整个算法的详细推 导过程和实现流程,通过计算机仿真验证了本算法的有效性.