月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

为了提高对全球变化的大尺度观测能力,月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减,为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难,根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性,分析模型误差,推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法,补偿了方位空变的模型误差,利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比,与月基单站SAR相比有显著提升,最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。     

Control and utilization of range-dependent beampattern with waveform diverse array radars

The transmit antenna beampattern of the phased array radar is only a function of angle, limiting its ability to discriminate the targets from the same direction. Recently, the waveform diverse array radars expand the angle-dependent beampattern to an angle-time-range-dependent three-dimensional function by modulating the frequencies/time delays/phases across different transmit antenna elements. In this respect, extra Degrees-of-Freedom (DOFs) in the range domain are achieved, which opens up an innovative way to fulfil the tasks with enhanced system performance by jointly using the angle and range information. This paper summaries the developments of waveform diverse radars, including the Frequency Diverse Array (FDA), the Space-Time-Circulating-Array (STCA), and the Element-Pulse-Coding (EPC) frameworks, with emphasis on the analysis of the range-dependent beampattern from the basic properties upon how it is controlled. Moreover, the most recent advances of utilizing such a range-dependent beampattern in target detection, parameter estimation and identifiability, clutter suppression, jammer suppression and Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging are discussed.     

Validity assessment of SAMOSA retracking for fully-focused SAR altimeter waveforms

We demonstrate in this work how we can take advantage of known unfocused SAR (UF-SAR) retracking methods (e.g. the physical SAMOSA model) for retracking of fully-focused SAR (FF-SAR) waveforms. Our insights are an important step towards consistent observations of sea surface height, significant wave height and backscatter coefficient (wind speed) with both UF-SAR and FF-SAR. This is of particular interest for SAR altimetry in the coastal zone, since coastal clutter may be filtered out more efficiently in the high-resolution FF-SAR waveform data, which has the potential to improve data quality. We implemented a multi-mission FF-SAR altimetry processor for Sentinel-3 (S3) and Sentinel-6 Michael Freilich (S6), using a back-projection algorithm, and analysed ocean waveform statistics compared to multilooked UF-SAR. We find for Sentinel-3 that the averaged power waveforms of UF-SAR and FF-SAR over ocean are virtually identical, while for Sentinel-6 the FF-SAR power waveforms better resemble the UF-SAR zero-Doppler beam. We can explain and model the similarities and differences in the data via theoretical considerations of the waveform integrals. These findings suggest to use the existing UF-SAR SAMOSA model for retracking S3 FF-SAR waveforms but the SAMOSA zero-Doppler beam model for S6 FF-SAR waveforms, instead. Testing the outlined approach over short track segments, we obtain range biases between UF-SAR and FF-SAR lower than 2 mm and significant wave height biases lower than 5 cm.     

地形起伏对星载SAR像素定位影响的仿真分析

通过点目标数据仿真,分析地形起伏变化对点目标方位向、距离向位置偏移的影响,并在此基础上,提出利 用斜距变化值和多普勒参数变化值对像素偏移值进行修正的方法,给SAR像素定位问题的研究提供了参考。     

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。     

基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术的地面沉降监测

城市施工建设及地下水开采活动日益频繁，导致城市地面沉降问题日益严重。虽然传统地面沉降监测技术的精度较高，但成本也高。近年来，星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术发展起来，已被用于监测大范围地表形变，具有低成本、大面积、高精度等特点。首次采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PSInSAR)技术，监测上海西南某区域2017—2021年间的地面沉降。结果显示:除一处楼房外，该区域大部分地区未发生沉降，最大沉降速率约-7.10 mm/a，最大沉降量约25.43 mm。采用该技术监测沉降，一方面节省了大量的人力和物力;另一方面，本研究成果对城市地表沉降的科学防治具有重要的参考意义。     

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。     

敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究

面向具备波束指向捷变能力的小型化敏捷合成孔径雷达(SAR)卫星成像需求,提出了通过平台姿态敏捷机动和载荷波束捷变扫描一体化控制实现条带成像、多条带拼接成像、滑动聚束成像等传统成像模式的方法。针对配合成像过程提出的大角度机动和高精度高稳定度连续指向跟踪控制要求,采用5个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成的"五面锥"构形控制力矩陀螺群作为执行机构,设计了基于姿态四元数和角速度反馈的改进型递阶饱和控制器,实现了平台的敏捷机动和对目标的稳定跟踪指向。数学仿真结果表明:该控制系统有效可行。     

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。