分布式小卫星多中心频率SAR实现宽域二维高分辨率成像

分布式小卫星SAR能够打破传统单星SAR测绘带宽和方位分辨率的矛盾。该文分析了一种沿航向排列分布式小卫星宽测绘带二维高分辨率成像技术,每颗卫星同时发射接收不同频率的线性调频信号,先分别在每个子带解方位多普勒模糊,并将方位多普勒中心频率调整至零频,然后在距离向进行子带拼接得到大带宽的线性调频信号从而得到高的距离向分辨率。此外,这种多发多收的工作方式还增加了系统平均发射功率,提高了信噪比。     

利用分布式小卫星InSAR系统获取宽域、 高分辨率、高精度三维地形

 传统星载SAR系统受最小天线面积条件的限制,其横向分辨率与测绘带宽度相矛盾,无法同时实现大测绘带和高横向分辨率.分布式小卫星SAR系统可使这一矛盾得到解决.当分布式小卫星的构形为三维超大立体阵时,还可以同时获得地面场景的高度信息.然而,三维超大立体阵构形的分布式小卫星InSAR系统对数据处理提出了很多挑战.其中,数据配准(宽带阵问题)和自适应处理时样本的选取问题是两大关键挑战.本文的研究目的在于解决分布式小卫星InSAR系统所面临的这些问题,以实现大测绘带、高分辨率和高精度的三维地形重构.仿真实验结果证明了本文方法的有效性.     

双星同中心频率多发多收的方位解模糊

为了在星载合成孔径雷达中获得高横向分辨率和宽测绘带,卫星可以采用横向孔径小的天线和较低的重复频率,此时回波信号会产生方位多普勒模糊,可以通过发射多颗卫星获得的多个空间自由度来解模糊。该文提出了沿航向分布的两颗小卫星同时独立发射中心频率相同的正负调频率信号,利用形成的3个等效相位中心通过简化滤波权矢量计算的空域滤波法来解3个方位多普勒模糊。理论分析和仿真结果证实了该方法的有效性。     

分布式小卫星SAR实现全孔径分辨率的信号处理

利用一组小卫星进行编队飞行,它们之间协同工作来完成某一特定任务,其功能和可靠性远远超过一颗单独的大卫星,因而具有高的性能/价格比.对于单颗卫星SAR,其横向分辨率与测绘带宽相矛盾,而采用分布式小卫星SAR,可使这一矛盾得到解决.本文主要研究如何通过信号处理化解多普勒模糊,实现理论最高分辨率的问题.     

分布式小卫星合成孔径雷达的空间编队构形研究

合理的空间编队构形是实现分布式小卫星SAR系统功能的基础.着重讨论分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)空间编队构形的设计问题.分析了实现三维地形成像、提高空间分辨率和动目标检测三种系统功能时,空间编队构形设计所需解决的问题,提出了进行分布式小卫星SAR空间编队构形设计的三个最优化准则,给出了空间编队构形的评估方法,并对现有的几种分布式小卫星SAR的空间编队构形进行分析.最后根据分布式小卫星SAR的空间编队构形,通过与单颗星载SAR回波信号相比较,分析了分布式小卫星SAR回波信号的特点,为其数据处理提供参考.     

利用相位中心偏移方位多波束来实现宽测绘带SAR成像

该文提出了一种基于相位中心偏移方位多波束的宽测绘带星载SAR实现方案。通过在方位向上配置相位中心偏移的多个波束使雷达在一个脉冲周期内完成多个多普勒历程的信号采样,显著降低系统对脉冲重复频率的要求,实现宽测带SAR成像。针对卫星速度的非恒定性和不同波位所需PRF的多样性造成的方位信号非均匀采样,该方案采用了多通道信号重建技术来恢复均匀采样信号的算法。与采用高轨技术和分布式技术的宽测绘带SAR方案相比,这种方案的技术难度较小、易于实现。     

方位多波束SAR系统中天线长度和PRF选择分析

基于方位多波束合成孔径雷达可以同时实现方位高分辨率和宽测绘带 ,首先简要介绍了方位多波束SAR的基本原理 ,然后详细分析了该系统的方位分辨率与天线长度及脉冲重复频率 (PRF)之间关系。通过与单波束系统对比 ,揭示了方位多波束技术在同时获得高分辨率、宽测绘带方面的优势 ,并探讨了不同分辨率时 ,天线长度、脉冲重复频率选择情况 ,以资工程设计考虑。最后 ,提出了有待进一步考虑的问题     

编队卫星SAR回波多普勒频率特性分析

针对以编队小卫星为平台的合成孔径雷达(SAR)应用系统,给出了一种推导多普勒频率解析公式的方法.该方法利用编队卫星与地面目标之间的空间几何关系及编队卫星之间的相对运动,以SAR系统参数、主星轨道根数、编队构形及目标运动参数等为前提条件,通过多个坐标系之间的相互转换,将地面目标与编队卫星的运动矢量统一在地心赤道坐标系内推导了目标回波的多普勒频率表达式.分析了回波多普勒中心频率及多普勒调频斜率的特性,通过仿真验证了从星轨道根数计算公式及多普勒频率计算公式的正确性,为进一步研究编队卫星SAR系统参数设计和选择奠定了基础.     

调频连续波SAR方位多波束成像

调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)结合了调频连续波和合成孔径雷达的双重优点,不但体积小、造价低廉,而且还可以高分辨率成像.在无人机和临近空间飞行器的应用方面前景广阔.对于常规SAR,方位分辨率和宽测绘带的矛盾限制了其更广泛的应用,且FMCW载波泄露问题影响其探测距离从而影响测绘带.为此,以距离多普勒成像算法为基础,探索使用多相位中心方位多波束技术实现FMCW SAR的高分辨率宽测绘带成像,最后通过仿真验证了方位多波束成像方法的有效性.     

一种新的分布式小卫星SAR系统抗干扰方法

针对分布式小卫星SAR系统抗干扰时编队构形的限制,研究了优化阵列在超稀疏构形抗干扰中的应用.使用优化阵列确定编队构形中小卫星的相对位置,可以提高方向分辨率,减小达到一定波束形成性能所需要的孔径长度,减小所需小卫星数目,降低硬件开销.分析了卫星位置偏差对抗干扰性能的影响.仿真证明,采用优化阵列构形可以使分布式小卫星SAR系统获得良好抗干扰性能.     

分布式小卫星SAR系统地面运动目标检测方法

本文研究了分布式小卫星SAR系统的地面运动目标检测(GMTI)方法,并解决了小天线带来的距离/多普勒模糊,以及超稀疏阵带来的高旁瓣问题.本文方法的主要思想是利用空时自适应处理(STAP)把地面运动目标谱与杂波谱分离开,然后再利用SAR成像处理对分离开的地面运动目标谱进行聚焦.针对超稀疏阵的高旁瓣模糊问题,提出通过导向扫描空时平面来克服盲速影响.     

Processing of multiple-receiver spaceborne arrays for wide-area SAR

The instantaneous area illuminated by a single-aperture synthetic aperture radar (SAR) is fundamentally limited by the minimum SAR antenna area constraint. This limitation is due to the fact that the number of illuminated resolution cells cannot exceed the number of collected data samples. However, if spatial sampling is added through the use of multiple-receiver arrays, then the maximum unambiguous illumination area is increased because multiple beams can be formed to reject range-Doppler ambiguities. Furthermore, the maximum unambiguous illumination area increases with the number of receivers in the array. One spaceborne implementation of multiple-aperture SAR that has been proposed is a constellation of formation-flying satellites. In this implementation, several satellites fly in a cluster and work together as a single coherent system. There are many advantages to the constellation implementation including cost benefits, graceful performance degradation, and the possibility of performing in multiple modes. The disadvantage is that the spatial samples provided by such a constellation will be sparse and irregularly spaced; consequently, traditional matched filtering produces unsatisfactory results. We investigate SAR performance and processing of sparse, multiple-aperture arrays. Three filters are evaluated: the matched filter, maximum-likelihood filter, and minimum mean-square error filter     

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。     

面向顺飞双站小卫星条带SAR的电扫多普勒中心导引方法

多普勒导引是保证星载条带SAR正常工作的重要手段。传统星载双站SAR通过分别对主、辅星进行偏航控制实现多普勒导引,该方法对天线安装、波束宽度、基线长度等因素有较高的依赖性。高频段小卫星条带SAR波束较窄,对主、辅星分别进行多普勒导引会引入较大的增益损失;且对于天线指向星下点的小卫星,调整偏航角不再改变信号的多普勒中心,传统方法失效。为解决上述问题,本文提出了一种面向顺飞双站小卫星条带SAR的电扫多普勒中心导引方法。该方法采用电扫描的方式对主、辅星波束指向进行联合调整,并通过多普勒方程的联立保证调整后多普勒中心为零,因此实现了在不降低回波增益的条件下抑制多普勒中心的变化,从而大幅放宽了顺飞双站小卫星SAR受天线安装指向、雷达波段、基线长度的限制。本文使用Ka波段双站小卫星的参数进行了仿真实验,实验结果符合预期,验证了本文方法的有效性。      

Explicit Ziv–Zakai bound for analysis of DOA estimation performance of sparse linear arrays

Sparse linear arrays (SLAs) provide similar direction-of-arrival estimation performance to filled linear arrays in terms of angular accuracy and resolution with reduced size, weight, power consumption, and cost. However, they are subject to significant ambiguities due to high sidelobes in the array beampattern, which give rise to large estimation errors. In this paper, we develop an explicit closed-form expression for the Ziv–Zakai bound on the mean square estimation error in order to quantify the degradation in estimation performance due to the sidelobe ambiguities. The bound consists of three terms which correspond to the three types of estimation errors: small mainlobe errors, errors due to sidelobe ambiguities, and random errors. The bound is used to analyze the performance of different SLA configurations. Maximum likelihood estimation simulations confirm the contribution of the different types of estimation errors predicted by the bound. The analysis shows that much of the performance degradation due to ambiguities are from random errors that cannot be controlled by array design, while additional degradation due to sidelobe errors depends strongly on the array configuration. Isolating the contributions of the three types of errors provides greater understanding of the behavior of sparse arrays, allowing for more effective system design and analysis.     

模糊对天基稀疏孔径GMTI雷达的影响

天基稀疏孔径实现地面运动目标指示（GMTI）具有很大吸引力，然而天基稀疏阵通常存在距离、多普勒和角度模糊。文中研究模糊对空时自适应处理和GMTI性能的影响，理论分析与仿真结果表明：距离模糊会影响最小可识别速度，引起输出SINR损失；多普勒模糊和角度模糊不但产生测速旨区和输出SINR损失，还导致虚似目标和同一目标被重复检测，增加虚警概率。     

基于压缩感知的下视三维SAR成像新方法

下视3维合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)可对平台正下方目标进行3维重构,具有广阔的应用前景。为有效减少线阵天线所需阵元数,该文提出了一种基于稀疏阵列的下视3维SAR成像方法。为了抑制稀疏阵列导致的栅瓣效应,该方法结合压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论,实现对下方3维目标的成像。分析了稀疏阵列配置对稀疏信号处理的影响以及3维成像采用稀疏信号处理的可行性。最后通过仿真实验验证了该文分析的正确性及算法的有效性。     

Reconsideration of Azimuth Ambiguities in SAR

The traditional method of specifying and controlling azimuth ambiguities in SAR is through integrated energy balance measures. However, the most frequently observed azimuth ambiguities arise from ensembles of strong point reflectors in the principal sidelobes of the antenna, which in turn are aliased into the processed Doppler bandwidth by the radar PRF. This paper considers the dependence of these ambiguities on radar wavelength and PRF. It is shown that such ambiguous image elements are strengthened in proportion to ? 2 and PRF-1. The theoretical structure is based on orbital SAR geometry, including Earth rotation. The work is applied to a SIR-B L-band radar scene in which azimuth ambiguities are clearly observed. The level and spatial position of these ambiguities are measured in the digital image. The results are extrapolated to higher frequency radars such as ERS-1 and Radarsat. It is concluded that for these C-band radars the point azimuth ambiguity restraint is more relevant (and more binding) than the traditional energy balance method.