地球同步轨道圆迹SAR研究

该文介绍了地球同步轨道圆迹合成孔径雷达(Geosynchronous Circular SAR, Geo-CSAR)的概念,通过设计同步轨道的轨道参数,可以形成近圆的卫星相对地球轨迹,使SAR载荷的凝视成像模式成为可能,实现对地的大面积定点连续观测以及真3维信息获取;研究分析了Geo-CSAR的成像能力,指出其在瞬时覆盖度、连续观测范围及3维精确定位方面,具有现有低轨星载SAR无法比拟的优势,是实现全球不间断覆盖的有效途径之一,在军事侦察、灾害监测方面具有重要的应用前景。      

我国GEO卫星高精度测定轨技术进展

同步轨道卫星在通信、气象、导航定位、对地观测、数据中继等领域应用广泛,对其轨道精度的要求也越来越高。结合国内外卫星系统的高精度测量体制,介绍了我国GEO卫星高精度测定轨技术的2个发展趋势:厘米级高精度多站测距技术和主动CEI测量定轨技术,给出了相应的误差分析、关键技术及解决途径,并介绍了最新试验进展。试验结果表明,给出的2种技术体制均能够实现近10 m量级的GEO卫星实时定轨精度,满足我国GEO卫星的高精度测定轨需求。     

地球同步轨道星载SAR观测特性分析

地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEOSAR)具有超高的卫星轨道和超长的合成孔径时间,相比于目前的低轨星载SAR,GEOSAR在信号特性与成像信号处理方面变化显著.GEOSAR体制和理论方法的研究都要以GEOSAR自身的特性分析为基础.文中根据GEOSAR的星地几何关系对星下点轨迹、卫星速度与波束扫描速度、合成孔径时间、多普勒特性等观测特性进行了深入分析,然后在此基础上与典型低轨SAR进行比较,得出了相应结论.     

一种改进的GEO SAR回波仿真方法

地球同步轨道合成孔径雷达（Geosynchronous Earth Orbit SAR，GEO SAR）是近几年来SAR领域的研究热点。GEO SAR轨道高度达到35786km，作用距离远、覆盖范围大，使得传统低轨星载SAR的回波仿真方法不再适用，例如双程斜距计算方法、姿态导引方法、地面目标布设方法等都需要改进。回波仿真是SAR成像处理的一个重要环节，在吸收现有研究成果的基础上，提出了一种改进的GEO SAR回波仿真方法，考虑了不同的轨道构型，在椭球地球表面布设点阵目标，更符合实际情况。通过回波仿真和成像验证了所提方法的有效性。     

天基逆合成孔径激光雷达LEO目标成像模式设计

对采用天基逆合成孔径雷达(ISAL)对300～2 000 km轨道高度的低轨(LEO)目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究，分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率(PRF)和回波信噪比(SNR)等系统关键指标，并进行了对比。研究结果表明：绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测，且绕飞周期较短(1.5～2.1 h)，可以快速获取更为丰富的目标信息，具备进一步三维ISAL成像的潜力；脉冲积累时间虽然更长，但在300～2 000 km轨道高度范围只有130～190 ms (掠飞成像为0.1～130 ms)；最小无模糊PRF (对于10 m转动直径的目标，约为15 Hz)减少一半(减少了对激光器高重频的要求)；由于更长的脉冲积累时间，绕飞模式的回波信噪比更高，通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果；适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像，从而建立目标的特征库。     

一种单星对同步轨道卫星的仅测角定位跟踪算法

针对中低轨卫星对同步轨道卫星定位时存在的可观测时间短等限制,结合同步轨道卫星轨道的特点,利用测角信息计算出距离信息。将距离信息与测角信息一起建立新的测量方程,进而提出一种新的基于J2000.0惯性系的单颗中低轨卫星对同步轨道卫星的扩展卡尔曼仅测角被动跟踪定轨方法,并对测量方程的变量和坐标转换给出了明确定义。仿真结果表明,该算法实现了单颗中低轨卫星对同步轨道卫星的仅测角被动跟踪定轨,若已获得被测星的先验知识,该算法收敛时间优于未引入距离信息的常规算法。     

HP71100型频谱分析仪在气象卫星在轨测试中的应用

为检验卫星传输系统性能,一般在卫星发射以后,经入轨调试阶段,然后进行卫星在轨测试,测量卫星在轨道上运行时的参数。对于卫星高度为36000km 的地球同步轨道卫星,它对地面相对静止,在轨测试比较容易,国内外也有较成熟的一套测量技术。对于卫星高度为900km 左右的太阳同步极地轨道卫星,由于卫星相对地球以每秒7.4km 左右的速度绕地球运行,因此对运动着的卫星进行在轨测试确实有一定的难度。到目前为止,国内尚无其他单位对极轨卫星进行过在轨测试。这次我们利用风云一号极轨卫星在轨正常运行期间,用 HP71100型频谱分析仪进行甚高分辨率云图 HRPT 传输信道的 EIRP 和 f(在轨运行的载波频率)的测试,其结果令人满意。     

中国的三种非同步轨道卫星移动通信系统星座方案

本文介绍基于我国的三种非同步轨道卫星移动通信系统星座方案：低、中轨系统各有２４和１８颗星，轨道高度分别为１３２６和８０３５ｋｍ，两系统各以５°和３０°的仰角对我国的覆盖率为９９．７８％和９９．９６％；椭圆轨道系统１２颗星，近、远地点分别为４２７和２９０６ｋｍ，以７°和１５°仰角对我国北纬２０°以上地区覆盖率分别为９７．９０％和８９．６１％，若增加４颗中轨卫星，以１５°仰角对我国的覆盖率为９９．９９％。     

空间目标的光度特性及其成像信噪比研究

开展空间目标的光散射与辐射特性的研究,对目标的探测、跟踪与识别、突防等技术具有十分重要的应用价值.本文对空间目标光度特性以及成像信噪比展开了研究.首先,对太阳在大气层外辐射照度进行了计算,推导出空间目标的辐照度计算公式,计算了目标的等效视星等值.然后,研究了J2000.0惯性坐标系中太阳、观测卫星和目标卫星的矢量坐标和各个角度与距离关系,并分析了相对距离、太阳相位角的变化及其对空间目标视星等值的影响.最后,针对CCD相机的系统参数,计算了空间目标CCD成像的信噪比.仿真表明,空间目标的等效星等在不同的观测时刻存在2个星等左右的差别,导致目标成像的信噪比在观测过程中也存在变化.系统地对空间目标的光度特性和进行了研究,为空间目标的探测和识别提供了依据.     

遥感卫星随遇接入互联网星座和在轨智能处理

低轨互联网星座是当前全球研究和发展的热点,互联网星座支持随遇接入遥感卫星和信息在轨直接处理的应用前景备受期待,但由于轨道高度不同会产生双向高动态异构星座的接入互联问题。首先,通过设定低轨卫星互联网星座在不同轨道特性、不同卫星数量情况下的随遇接入仿真场景,重点探讨了时空非连续可视性和多普勒频移问题对遥感卫星接入性能的影响;其次,基于遥感卫星随遇接入互联网星座场景的特点,分析了不同时延性在轨处理任务的流程及其星地功能分配;最后,对当前在轨智能处理算法存在的问题和未来研究重点进行阐述,为未来低轨互联网星座及遥感卫星的发展和联合组网应用提供可靠的理论支撑。     

基于GEO中继卫星的地月空间通信组网及连通性研究

The architecture of cislunar multi-hop communication networks, which focuses on the re-quirements of lunar full-coverage and continuous cislunar communications, is presented on the basis of Geosynchronous Orbit (GEO) satellite network relays. According to the geographical distribution of the forthcoming Chinese Deep Space Measuring and Controlling Network (DSMCN ), two networking schemes are proposed and two elevation angle opti-mization models are established for locating GEO relay satellites. To analyze the dynamic connectivi-ty, a dynamic network model is constructed with re-spect to the time-varying characteristics of cislunar trunk links. The advantages of the two proposed schemes, in terms of the Connectivity Rate (CR), In-terruption Frequency (IF), and Average Length of Connecting Duration (ALCD), are corroborated by several simulations. In the case of the lunar polar orbit constellation case, the gains in the perform-ance of scheme I are observed to be 134.55% , 117. 03% , and 217. 47% compared with DSMCN for three evaluation indicators, and the gains in the per-formance of scheme II are observed to be 238.22% , 240.40% , and 572.71% . The results validate that the connectivity of GEO satellites outperforms that of earth facilities significantly and schemes based on GEO satellite relays are promising options for cislu-nar multi-hop communication networking.     

基于FY-3E星载红外观测的交叉定标匹配不确定性分析

星载红外高光谱传感器与多通道光谱传感器在轨交叉定标时能够提升数据精度和质量,交叉定标样本通常采用星下点交叉方式匹配筛选,包括空间、时间、观测几何角度和光谱匹配,匹配误差的不确定性将对最终交叉定标精度产生影响。采用FY-3E同平台红外高光谱大气探测仪HIRAS-II和中分辨率光谱成像仪MERSI-LL均匀晴空背景进行观测,根据视线向量匹配HIRAS-II星下点瞬时视场内的MERSI-LL像素,分别通过模拟视场偏移、观测天顶角偏差和光谱响应函数变化单独分析空间、观测几何角度和光谱匹配误差引入的匹配不确定度。结果表明,空间失配引起观测背景辐射亮温变化,偏移一半像元视场时的相对不确定度约为10%,达到一个像元时为25%～30%;观测几何角度失准引起光谱辐射亮温变化,观测天顶角偏移20°时的不确定度优于0.2%;光谱响应函数差异引起光谱等效辐射亮温变化,响应函数发生展宽时对吸收通道的不确定度最大约为2.5%,窗区通道为0.4%,收缩时的不确定度整体优于0.3%,平移引起的不确定度相对较小,移动5倍波长间隔时优于0.1%。     

天基监视中的双星相对运动模型研究

以天基监视为背景,依据几何学原理和矢量计算工具,主要研究了双星相对运动模型。一方面,突破力学求解方式,采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则,可清晰直观地描述卫星轨道;另一方面,结合光电跟踪系统,研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算,获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果,分析结果证明了此方法的合理性,可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。     

时空变背景电离层对 GEO TomoSAR 成像影响分析

地球同步轨道合成孔径雷达层析成像（GEO TomoSAR）是一种将地球同步轨道 SAR（GEO SAR）与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨 SAR 层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于 GEO SAR 轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得 GEO SAR 信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响 GEO TomoSAR 三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的 GEO TomoSAR 信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对 GEO TomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。      

基于分布式星群的双层星座设计

当前,陆地通信系统已无法满足日益复杂的信息需求,利用空间信息网络实现全球范围内的无缝覆盖和高效容量传输成为研究热点。现有卫星通信系统以单层星座为主,缺少高低轨卫星之间的协同。提出了一种基于分布式星群的双层星座设计,以基于分布式星群的低轨卫星作为网络架构的基础,采用星间链路实现低轨卫星之间的通信,通过高轨卫星实现中低纬度地区覆盖性能加强。仿真结果表明,所提方法在仅依靠在国内部署卫星地面站的前提下可实现全球多重覆盖。     

IGSO在卫星移动通信中的应用研究

研究利用IGSO星座提供卫星移动通信业务所涉及到的星座覆盖性能、多普勒频移及业务支持能力等问题。研究表明,采用2颗或3颗IGSO卫星构成的星座能够对我国区域提供较好的覆盖性能(单星和多星覆盖率及平均通信仰角),而引入的多普勒频移并不大。链路计算结果表明,采用IGSO卫星能够有效解决GEO卫星在高纬度区域的低仰角问题,并能用比较小的IGSO卫星来达到非常大的GEO卫星才能实现的性能。因此,采用IGSO的区域卫星移动通信系统具有较好的技术可行性。     

GEO星机双基SAR时间同步误差对运动目标检测的影响建模与分析

地球同步轨道星机双基地合成孔径雷达(GEO SA-BSAR)系统是以GEO SAR发射,飞机装载多通道系统接收信号的双基地SAR系统,其可充分利用GEO平台提供的长时间稳定的波束覆盖特性,为运动目标的检测和监视提供了便利.但是,GEO SA-BSAR系统由于收发分离,不得不面临发射端和接收端的频率源差异导致的时间同步误...     

GEO SAR双频双通道动目标检测与参数估计

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）在对动目标检测和成像方面更具优势,但随之而来的一些问题也需要进一步解决。本文提出了一种基于GEO SAR双通道双载频实现运动目标检测、成像和参数估计的方法。利用广义 Keystone 变换对杂波对消处理后的运动目标进行距离徙动校正,使用离散调频傅立叶变换（DCFT）结合牛顿迭代法搜索完成多普勒参数估计后,利用在不同工作频率下的求得的速度集合进行交集来解决快速运动目标速度模糊的问题。最后,仿真实验证明该方法的有效性。      

形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统

在基于双目视觉的三维轨迹测量中,双目同名点的高精度匹配是提高测量精度的关键。在狭长空间的近距离测量场景下,针对双目拍摄角度不同导致仅用形心法定位匹配的轨迹测量精度不高的问题,研制了一种形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统。首先,在仅用形心法对目标物体定位匹配的基础上利用极线约束投影进行双目形心的二次定位;其次,提出了一种基于距离和方法权重的灰度互相关方法进行双目形心的亚像素匹配;最后,通过卡尔曼滤波对于目标物体的三维重建运动轨迹进行滤波修正。实验结果表明：该轨迹测量系统通过对多方法组合优化,显著提高了狭长空间近距离条件下的轨迹测量精度,在128 mm的全量程测量范围内对纹理较好目标物体的平均轨迹长度测量误差为13.14μm,测量精度约为0.01%,相比于仅用形心法定位匹配,轨迹长度测量精度提高了94.3%。