机载顺轨干涉合成孔径雷达定标中地面控制点的布设策略研究

机载顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR)估计运动目标径向速度的精度受干涉相位误差、基线分量误差等影响,因此为了得到较高的测速精度必须对ATI-SAR的系统参数进行定标处理。基于敏感度方程的定标方法是干涉SAR定标中的常用方法,但是其性能受敏感度矩阵条件数的影响,地面控制点(GCP)或角反射器的布设方式决定了敏感度矩阵的条件数大小。该文通过分析给出机载ATI-SAR系统定标中GCP的布设策略,包括静止GCP的布设方式及运动GCP的数量、布设位置、运动速度大小和方向的设置原则,并通过仿真手段对上述布设策略进行了验证。     

机载条带SAR图像经纬度的计算方法

在不考虑地形起伏的情况下,从机载合成孔径雷达数据采集几何关系和成像原理的角度,针对正侧视和小斜视情况提出了计算机载SAR图像像素点经纬度的一种准确而实用的方法,给出了从雷达图像上的像素点计算其经纬度的详细过程,并结合某实际机载SAR成像参数对影响定位精度的因素包括高度测量误差,航向角、俯仰角、横滚角误差和多普勒中心、多普勒调频率误差进行了详细的分析。     

分布式卫星ATI-SAR性能分析与基线估计

在应用分布式卫星沿航迹干涉SAR(ATI-SAR)进行对地运动目标检测(GMTI)时,基线测量精度对系统测速性能有着重要影响。针对此问题,该文分析了分布式卫星群的实际轨道情况,推导了考虑基线空间构型随时间不断变化时的基线测量误差与系统的地面运动目标测速误差间的关系,提出了一种可对基线进行高精度估计从而提高测速性能的方法。计算机仿真实验证实了文中所提出方法的有效性与准确性。     

对机载单天线SAR实际数据进行ATI动目标检测的新方法

本文给出一种基于机载单天线SAR实际数据进行ATI动目标检测的方法.该方法将单通道SAR数据抽样近似为两通道ATI-SAR(Along Track Interferometric SAR)数据,利用两通道方位向干涉进行杂波抑制,实现动目标检测.检测结果表明,单天线SAR数据的ATI方法对动目标检测是有效的,在没有ATI-SAR实际数据情况下,为研究ATI-SAR干涉算法提供了一种有效途径.     

机载干涉SAR 运动补偿中地物目标定位误差的影响分析

在基于IMU/GPS 测量数据的运动补偿方法中,IMU 测量误差和地物目标定位误差导致不准确的相位补偿量,从而引入残余运动误差。该文针对机载干涉SAR 运动补偿中地物目标定位误差的影响,建立了在斜视条件下由地物目标定位误差引入的残余运动误差的数学模型,分析了导致地物目标定位误差的系统采样延时误差、多普勒中心频率误差和参考DEM 误差对残余运动误差的影响,重点讨论了参考DEM 误差对干涉SAR 图像质量、干涉相位和相干系数的影响。该文的讨论结果为机载高精度SAR 和重轨干涉SAR 数据处理中运动补偿精度提供了理论基础。      

机载差分干涉SAR的误差分析

该文就机载差分干涉中影响精度的几个重要因素进行了详细的分析,为开展机载差分干涉应用提供理论基础。首先考虑机载差分干涉算法流程中引入的误差,指出必须利用外部DEM(Digital Elevation Model)计算本地视角才能实现高精度的形变反演。随后,重点讨论了影响差分干涉SAR (Synthetic Aperture Radar) 的几个重要影响因素:系统参数误差、相干性和大气效应。系统参数中基线和基线角的误差对差分干涉的精度影响最大,由此对机载残余运动的补偿提出了很高的要求。相干性分析又对机载差分干涉中形变像对的基线长度提出了严格的限制条件。和星载SAR一样,机载SAR同样受到大气的影响。通过计算这些因素的对机载差分干涉精度的影响,给出了机载差分干涉精度的表达式。     

波束中心近似对机载干涉SAR运动补偿的影响分析

为了定量分析波束中心近似对机载干涉SAR运动补偿的影响,该文首先建立斜视条件下波束中心近似时运动补偿残余误差的数学模型,其形式类似于斜距误差。随后推导斜视条件下二次斜距误差对干涉SAR的影响,通过仿真验证了理论推导的正确性。最后详细讨论不同波段、斜视角、轨迹偏移、地形变化和斜距情况下波束中心近似对干涉SAR运动补偿后图像质量和相干系数的影响。该文的分析结果为机载重轨干涉SAR数据处理中运动补偿精度的估计提供了技术支持。     

IMU/GPS 测量误差对斜视条件下机载重轨干涉SAR 系统性能的影响分析

在基于测量数据的机载重轨干涉SAR 运动补偿中,IMU/GPS 测量误差和地物目标定位误差会引入残余运动误差,进而对SAR 成像及干涉测量产生影响。该文针对上述两类误差,在斜视条件下建立了残余运动误差数学模型,并进一步分析了两类误差对残余运动误差的影响,在残余运动误差分析的基础上重点讨论了不同形式的IMU/GPS 测量误差对干涉SAR 图像质量、干涉相位、DEM 精度的影响。该文通过理论和仿真分析定量研究了残余运动误差对机载重轨干涉SAR 系统的性能影响,为机载重轨干涉SAR 系统设计和信号处理提供了参考依据。      

SAR成像场景中的点目标经纬度的计算方法

为了及时对发现的点目标进行定位,适用于未来战争战场信息获取和快速反应的要求,本文针对SAR在正侧视和小斜视情况下的成像算法提出了机载SAR成像场景中的点目标经纬度的计算方法,使得我们能第一时间在SAR图像上根据所知参数计算出所需点目标的经纬度,并就该方法的精确性进行参数估计和试验研究,验证了其有效性.     

机载双天线斜视干涉SAR自配准成像方法研究

本文针对机载双天线斜视干涉SAR成像过程分析了主辅天线回波信号距离历程偏移特性、方位多普勒频率特性及其与正侧视系统下的区别;讨论了基于扩展CS算法 (ECS算法)距离向自配准成像过程中距离向平移因子和缩放因子;推导了距离向自配准成像处理的基本公式和具体实现过程。通过计算机仿真实现了机载双天线斜视干涉SAR系统在成像处理阶段实现距离向高精度的自配准的过程。通过对配准前后主辅图像相关特性、干涉相位纹图质量以及配准误差的分析,验证了推导过程的正确性和该算法的有效性。      

基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法

ATI-SAR系统要求两个通道的相位特性准确匹配。该文分析了ATI-SAR系统相位误差的来源,建立了ATI-SAR系统相位误差的数学模型。提出了一种基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法,给出了该相位校正方法的处理流程。计算机仿真证明在没有平台速度、偏航角等先验知识的情况下该方法仍可有效补偿ATI-SAR系统的相位误差,而且相位缠绕时,不需进行相位解缠。     

分布式卫星干涉SAR测速误差分析

在应用分布式卫星干涉SAR进行地面运动目标检测(GMTI)时,由于卫星群的绕飞运动,各小卫星的航迹不完全平行,速度矢量存在差异,导致沿航迹干涉基线长度随时间不断变化,从而影响干涉相位图,带来测速误差和目标定位误差。针对此问题,该文分析了分布式卫星群的实际轨道情况,建立了由基线长度变化导致的测速误差模型,提出了两种可有效消除此误差从而提高测速精度的信号处理方法。最后进行了计算机仿真实验,实验结论证实了文中所提出方法的有效性与准确性。     

机载双天线干涉SAR非线性近似自配准成像算法

为了提高机载双天线干涉SAR系统的干涉处理速度而又不损失配准精度,该文提出了非线性距离向ECS自配准成像算法。该算法通过对两天线视角不同引起的路径差的非线性近似,在成像处理阶段实现了干涉图像对在距离向的高精度自配准。该算法在产生干涉相位时较传统算法在保持较高配准精度的情况下显著提高了运算速度。本文通过对仿真数据、实际数据的处理以及系统参数对算法配准精度影响的仿真分析,证明了该算法的有效性。     

Estimation of the Surface Velocity Field of the Aletsch Glacier Using Multibaseline Airborne SAR Interferometry

This paper presents a methodology to process airborne interferometric synthetic aperture radar (SAR) data to measure surface velocity fields (SVFs) of temperate glaciers, and applies it to data acquired over the Aletsch glacier. The first part of this paper deals with the main limitation in airborne interferometric SAR to retrieve reliable interferometric products, namely, the existence of the so-called residual motion errors—inaccuracies on the order of a few centimeters in the navigation system. An extended multisquint approach is proposed for their estimation in the case of nonstationary scenes. The second part of this paper expounds an efficient methodology to derive SVFs with airborne systems, where the line-of-sight displacement is estimated using differential interferometry and the along-track component by estimating the azimuth coregistration offsets. The necessary steps to finally obtain the 3-D SVF are also presented, as well as the possibility of combining different acquisition geometries. Airborne interferometric SAR data acquired by the Experimental SAR system of the German Aerospace Center over the Aletsch glacier, located in the Swiss Alps, are used to evaluate the performance of the proposed approach. The motion of the corner reflectors deployed in the scene is retrieved with an accuracy between 1 and 5 cm/day using L-band data.      

Improved calibration method for airborne ATI-SAR baseline

Airborne Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar (ATI-SAR) baseline error is a main error resource affecting the precision of velocity measurement of moving objects and therefore should be calibrated externally. The Jet Propulsion Laboratory (JPL) has proposed a calibration scheme for tasks of PacRim98 and PacRim2000 based on several static objects on the ground. In this paper, the influence of phase center uncertainty on baseline determination by using PacRim method proposed by JPL is analyzed. According to the analysis, the phase center uncertainty can cause a constant part of error to the result of baseline calibration. In order to deal with this problem, an improved calibration method on the basis of sensitivity equations and some ground moving targets, whose velocities are already known, is proposed in this paper. The simulation results show that our proposed calibration method has improved the accuracy of baseline calibration and has obviously prohibited the effect of antennas?? phase center uncertainty.     

地形测绘用三天线机载干涉合成孔径雷达

回顾了中国科学院电子学研究所重复飞行机载L—SAR干涉系统和机载X波段双天线干涉SAR系统的研制和试验，阐述了利用收发天线分置结构拓展干涉基线长度的方法。在采用三天线的收发天线分置结构机载干涉SAR的基础上，构建三天线的双基线机载干涉SAR，并就其基线精密动态测量和基线优化设计两个关键技术以及系统性能进行了分析。分析结果表明，利用三天线构成的双基线机载干涉SAR是改进相位展开过程、提高高程测量精度的有效方法。     

基于协方差矩阵特征分解的多通道SAR-GMTI方法及性能分析

该文提出了一种基于协方差矩阵特征分解的多通道运动目标检测和测速定位方法,该方法依据多通道SAR数据协方差矩阵特征分解后小特征值和的幅度变化来检测运动目标。在检测出运动目标后,先利用两幅复图像的干涉相位对目标径向速度进行粗略估计,再通过搜索动目标空域导向矢量的方法对径向速度进行精确估计,克服了干涉相位对杂波和噪声的敏感性。仿真数据和实测数据验证了该方法的有效性。     

一种在Kalman滤波中引入径向速度测量的新方法

研究在距离和径向速度测量噪声统计相关的情形下把径向速度测量引入Kalman滤波的新方法。分析了径向速度测量噪声与位置测量更新后状态滤波误差的统计相关性,根据Gauss-Markov定理导出了对应于径向速度测量的滤波方程由此而得到一种序贯滤波算法。两个不同的蒙特卡罗仿真表明,通过采用这一新算法引人径向速度测量,不仅可以大大提高状态估计的精度,而且其估计性能和计算效率优于传统的EKF。     

基于模型的稀疏控制点下机载InSAR 定标中CP 连接点选取方法

高精度的高程测量需要利用较多地面控制点(Ground Control Point, GCP)通过干涉定标来校正干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)系统干涉参量误差,针对部分区域可能只有少数控制点甚至没有控制点的情况,需要采用新的基于区域网平差理论的高精度机载InSAR定标方法,该方法中CP(Control Point)连接点的选取是影响InSAR 定标精度的关键环节。该文提出了一种基于模型的稀疏控制点下机载InSAR 定标中CP 连接点的选取方法,该方法基于InSAR 干涉参量敏感度特性采用多项式模型拟合的方法来选取CP 连接点。通过对实测机载InSAR 数据进行区域联合定标处理,验证了该方法的有效性和合理性。