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.     

地球同步轨道圆迹SAR 三维分辨特性分析

针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。      

地球同步轨道合成孔径雷达特性分析

常规的低轨合成孔径雷达具有重访周期长,覆盖范围小等缺点,一个有效的解决办法是将低轨合成孔径雷达轨道提高到地球同步轨道上.然而,由于受地球自转的影响比较大,地球同步轨道合成孔径雷达有着其本身的特殊性.对地球同步轨道上合成孔径雷达的星下点轨迹、波束所能覆盖的范围以及多普勒频率进行了分析,并且相应地做了一些仿真.     

扁率摄动对地球同步轨道SAR成像聚焦的影响分析

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, GEOSAR)长合成孔径成像受地球扁率摄动影响的问题,推导了卫星不同轨道根数受摄动所导致的雷达回波多普勒调频率和2次相位公式,通过分析扁率摄动对成像的影响,得到结论:地球扁率摄动使雷达回波产生附加的2次相位调制,相位调制的主导成分是卫星轨道长半轴受摄分量,相位调制幅度与成像所采用的轨道弧段有关,2次相位调制总量经过分钟量级的长合成孔径累积几乎在卫星运动全周期超过45的容限。雷达成像聚焦不能简单忽略扁率摄动的影响,必须采取相应的补偿措施,否则会造成图像散焦。      

地球同步轨道SAR特性分析

和传统低轨SAR相比,地球同步轨道SAR具有超高的轨道高度和超长的合成孔径时间,其运动轨迹应视为曲线变速运动,信号特性和信号处理等多个方面变化显著,因此传统的SAR特性分析已不能适用。本文根据星地几何关系对地球同步轨道SAR的轨道运动轨迹、星下点轨迹和波束覆盖范围、速度特性、多普勒参数、方位向空变性等几方面特性进行了详细的分析,在此基础上和低轨SAR进行了对比,并得出了相应的特性分析结论。     

对流层对地球同步轨道SAR成像的影响研究

地球同步轨道SAR（GEO SAR）具有超长孔径时间和大覆盖范围的特性,使得传统低轨SAR成像中采用的对流层冻结模型假设失效。因此,需要考虑时变条件下的对流层效应对GEO SAR成像的影响。本文根据对流层中电磁波的传播规律,利用射线描迹法,分析了GEO SAR中相位误差的特点;并通过建立时变对流层影响下的GEO SAR回波信号模型,研究了对流层引起的GEO SAR图像偏移及图像散焦现象,并分析总结了相关影响的边界条件。最后,基于仿真数据,分析了对流层效应对GEOSAR成像的影响。      

地球同步轨道星载合成孔径雷达概念研究

从不断增长的对地实时观测和对突发事件快速反应的急迫需求出发,提出了采用地球同步轨道合成孔径雷达的概念研究。通过对地球同步轨道卫星运动轨迹的分析,验证了可以通过控制轨道倾角、偏心率和轨道高度误差以获得同步轨道卫星与地面之间的相对运动,构成了雷达运行在同步轨道实现合成孔径成像的基础。并研究和分析了同步轨道SAR卫星的观测性能,指出了对于要求重复观测周期短、实时应用强的情况,尤其是对于大面积定点区域的连续观测来说,采用同步轨道SAR是一条理想的技术途径。     

地球同步轨道SAR方位模糊度研究

与低轨合成孔径雷达(SAR)相比较,地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有重访周期短,观测范围广等优点,在军用及民用领域具有广泛应用。针对地球同步轨道合成孔径雷达多普勒中心频率时变及类滑动聚束工作模式造成常规方位模糊度计算不精确的问题,提出了一种新的方位模糊度计算方法。该方法基于精确的星地几何模型,考虑了地球自转、速度时变、多普勒中心频率时变以及类滑动聚束工作过程中天线指向变化对方位模糊度影响,通过对不模糊区域天线方位角及模糊区域天线方位角的精确求解得到了对应的天线增益值,进而得到方位模糊度的精确值。基于空间坐标系转换及矢量表示法推导了GEOSAR 方位模糊度的表达式。最后结合地球同步轨道SAR轨道参数进行了仿真,验证了该方法的有效性。      

时变大气层效应对地球同步轨道SAR成像影响的分析与补偿

大气层效应会导致穿过其中的星载SAR信号产生相位误差,并进而可能造成星载SAR成像结果出现散焦现象。大气层效应包括背景电离层效应、电离层多重散射效应以及对流层效应,由于GEO SAR合成孔径时间可达几百秒量级,因此在其成像积累时间内大气层效应会随时间变化,因此必须考虑时变大气层效应对GEO SAR成像的影响,同时亟需研究时变大气层效应对GEO SAR成像影响的补偿方法。本文详细分析了时变大气层效应对SAR信号的影响机理,建立了时变大气层效应影响下的高精度GEO SAR回波信号模型,分析了时变大气层效应对GEO SAR成像的影响,并基于方位向子孔径划分,通过提取时变大气层相位误差,对大气层效应造成的GEO SAR图像散焦现象进行了补偿。      

高轨SAR多普勒中心补偿的二维姿态控制方法

该文提出一种高轨SAR多普勒中心补偿的2维姿态控制方法,在保证波束照射到地球表面的前提下,调整波束中心指向将多普勒中心补偿为零。首先分析了无偏航控制、1维偏航控制情况下的多普勒中心,说明了2维姿态控制的必要性;然后根据零多普勒面与地球表面的交线,在卫星轨道坐标系下,得到了在任意轨道位置将多普勒中心补偿为零的波束中心指向的解析表达式。仿真实验验证了该方法的有效性。     

同步轨道星机双基地三通道SAR地面运动目标指示算法

基于分数阶傅里叶变换(FrFT)和多通道杂波抑制干涉技术,提出一种同步轨道星机双基地SAR地面慢速运动目标检测和参数估计方法。首先根据同步轨道星机双基地SAR的特点,给出该模式下杂波对消的DPCA条件;然后从系统空间几何模型和回波信号入手,详细推导了动目标聚焦成像、杂波抑制、动目标检测和参数估计的原理,最后通过计算机仿真,验证了该文算法的有效性。     

基于四维电子密度的地球同步轨道SAR电离层时变影响校正方法

电离层在地球同步轨道SAR长合成孔径时间内具有明显的时变特性,这使得传统的基于电离层总电子含量(TEC)固定值的校正方法不再适用。为此,该文提出基于4维电子密度的地球同步轨道SAR成像补偿方法。通过基于电离层实测数据的半物理仿真,对校正方法进行实验验证,结果表明该方法可以有效地校正电离层时变特性对地球同步轨道SAR成像质量的影响。     

星载合成孔径雷达多普勒调频率估计精度分析

该文分析了星载合成孔径雷达成像处理中多普勒调频率估计与系统参数及图像特性的关系,给 出了利用轨道数据或回波信号数据估计多普勒调频率的精度与图像分辨率、雷达系统参数、轨道数据精度和 地物散射特性之间的关系。这些结论对系统的设计,以及数据处理方法的选择具有重要的参考价值。     

利用SAR多目标回波估计多普勒参数

从回波中估计多普勒参数是合成孔径雷达运动补偿的关键。文中研究了多目标回波对参数估计的影响,从理论上推导了估计多普勒中心和调频率对回波的不同要求,并用两个指标举例分析了一段实测机载SAR数据,给出了实际应用中参数估计时选择回波的原则。     

基于Radon-Wigner变换的双基地SAR多普勒调频率估计

在传统单站机载合成孔径雷达（SAR）中,多普勒调频率的估计精度直接影响着成像的质量。在双基地SAR中该参数同样重要,但由于收发平台的独立性,多普勒调频率估计的难度增加,采用传统的方法效果不明显。该文采用了一种基于Radon-Wigner变换的多普勒调频率估计方法,首先给出了机载双基地SAR的空间几何模型和回波信号模型,然后给出了理论分析和仿真,并用单基地SAR回波实际数据进行了多普勒调频率估计。结果表明：该方法对目标统计特性的变化不敏感,它适合多分量和信噪比不高的情况,且估计值精度较高。     

一种GEO卫星移动通信信道质量近似方法

在LTE移动通信系统中信道质量指示参数(Channel Quality Indicator,CQI)是自适应调制编码(AdaptiveModulation and Coding,AMC)技术的一项重要参数。由于GEO卫星信道存在较长的传输时延,为保证有效的AMC调整,对CQI进行预测是非常必要的。但是大多数预测算法的可预测时长受到输入序列的相关时间限制,而含有小尺度衰落影响的信号的CQI序列的相关时间远远小于所需预测时长,对获得的CQI序列进行预测是不现实的。针对这一问题,提出了一种使用仅含有大尺度衰落的CQI数据进行预测的近似方法。将获得的CQI序列平滑后去掉小尺度衰落的影响,余下的数据可以认为是只受大尺度衰落影响,其相关时间可以大大延长。通过对GEO卫星信道信道质量进行建模分析,对使用近似方法处理前后的CQI序列数据差距以及相关时间的变化进行了数值仿真,结果表明所提出的近似方法不会导致CQI数据产生较大的偏差,且近似后的序列具有较长相关时间。在此种近似方法处理下的CQI数据相关时间能够满足预测模型的需要,从而为保证GEO卫星移动通信系统中使用AMC的可行性和可靠性提供可能。     

星载合成孔径雷达多普勒参数估计

本文给出了一种综合的星载合成孔径ＳＡＲ雷达多普勒参数估计方法，该方法可以从雷达回波数据本身提取多普勒进行成像处理，甚至可以不依赖卫星历数据和姿态数据作为初始估计。该方法是基于对多普勒参数及其误差的性质的研究而提出的。最后，利用ＳＥＡＳＡＴ－Ａ海洋卫星的ＳＡＲ原始数据的多普勒参数估计结果和采用该参数进行成像处理的结果，验证了该方法的可行性和有效性。     

高轨SAR非平直几何动目标成像影响建模

高轨SAR覆盖范围广、轨道回归周期短,具有探测动目标的优势。由于高轨SAR轨道高度高,斜视成像模式下几何关系呈现非平直特点,低轨SAR平直成像几何下的影响分析模型并不能直接适用于高轨情况。建立高轨SAR非平直斜视成像几何,利用等距离等多普勒方程推导得到匀速运动目标成像位置偏移、二次相位误差、三次相位误差的解析表达式,分析目标运动对成像偏移、散焦造成的影响,并与平直成像几何下的运动成像影响进行对比分析。基于动目标探测角度给出仿真高轨SAR雷达参数和轨道参数,通过仿真分析,验证了成像影响理论推导的正确性。     

星载寄生式SAR多普勒特性分析

本文基于星载双基地雷达空间几何关系,给出了星载寄生式SAR系统中小卫星多普勒参数的两种表达形式,进一步给出了与多普勒特性相关的几个重要系统参数的表达式。分析了基线和相对速度对小卫星多普勒特性参数偏移主星参数的影响,指出基线是主要影响因素;对多普勒中心频率影响大,对多普勒调频斜率及方位分辨率影响小。分析了利用寄生式SAR提高方位分辨率的能力和限制因素。