星载SAR多相位中心多方位波束技术研究

运用多相位中心多方位波束（MPCMAB）技术能够有效解决条带模式的常规星载SAR系统中方位向分辨率与脉冲重复频率之间的矛盾．通过分析多相位中心多方位波束SAR与常规条带SAR回波数据之间的内在联系，提出了多相位中心多方位波束SAR的回波数据分通道相位补偿和多通道有序组合的成像算法．仿真证明了该技术的有效性．     

目标电磁散射特性对高分辨率星载SAR图像仿真影响

建立了考虑目标电磁散射特性时频变化的回波仿真模型,给出了目标电磁散射特性对回波在方位向和距离向的调制效果,并对典型目标进行了回波仿真和成像处理,验证了目标电磁散射特性对高分辨率星载SAR图像仿真的影响,并提出了高分辨率星载SAR图像仿真方法改进的方向。     

弹载SAR下降段成像算法研究

弹载SAR下降段成像中,弹体较大的下降速度和加速度将导致SAR回波信号的多普勒调频率沿方位向变化,影响方位聚焦.针对该问题,提出了一种利用方位非线性变标(NLCS)的弹载SAR下降段成像算法.该算法在距离徙动校正和距离压缩处理之后,通过引入方位非线性变标操作,补偿变化的多普勒调频率,并校正图像方位畸变,从而改善了方位聚焦深度和聚焦质量.数据仿真结果验证了算法的有效性.     

电离层闪烁条件下GNSS信号质量对比

为了监测桂林(25.29°N,110.33°E;地磁坐标:15.04°N,181.98°E)L波段电离层闪烁,利用桂林的电离层闪烁与TEC监测仪2011年9月至2013年7月的观测数据,在相同的电离层闪烁环境下对GPS和GLONASS卫星的信号质量进行了对比。结果表明:GPS和GLONASS卫星的L2信号的幅度闪烁强度均比L1信号大;GPS卫星L2信号的幅度闪烁强度比GLONASS卫星L2信号大;GPS和GLONASS卫星的L1信号的幅度闪烁特征相同。在电离层闪烁条件下,GPS和GLONASS卫星的L1信号质量相当,可联合使用GPS和GLONASS的观测研究桂林的L波段电离层闪烁特征。     

电离层时空变化效应对星载及月基SAR成像影响:现状与展望

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动传感器,具备全天时、全天候的观测能力,已广泛应用于对地观测中.然而,无线电信号在空间传播过程中会不可避免地受到电离层效应的影响,导致信号的相位、幅度发生变化,使得工作在电离层之上的SAR系统的成像性能受到干扰.本文分别从法拉第旋转、背景电离层和电离层不规则体三个方面介绍了电离层效应对不同轨道SAR系统成像性能的影响,并总结了电离层效应的补偿修正方案.最后,给出了电离层效应对星载和月基SAR成像影响的一些亟待解决的问题,以促进星载和月基SAR成像的发展及应用.     

星载多通道SAR的模糊特性研究

为解决星载SAR的高分辨率和宽测绘带之间存在的矛盾,引入了多通道模式．基于多通道SAR的工作原理,深入分析了多通道SAR模糊信号的来源;从子带滤波和多通道重构的角度,提出多通道SAR的方位模糊计算方法,最后给出了仿真实例．仿真结果表明,该方法能够有效应用于星载多通道SAR设计中,指导选择合适的脉冲重复频率,以降低方位模糊和距离模糊．     

基于星载混合相控阵MIMOSAR的多方向测绘带成像及二维DBF处理

为解决图像模糊和图像混叠的问题,提出了将混合相控阵MIMO雷达与SAR相结合(混合相控阵MIMO SAR)的多方向测绘带成像方法,且提出二维数字波束合成(DBF)处理技术以实现无模糊宽测绘带高分辨率成像。首先建立该方法信号模型,推导了混合相控阵MIMO SAR的实际控制矩阵。然后针对多方向成像易造成图像混叠和距离模糊的不足,提出俯仰向自适应DBF算法,实现了图像混叠部分的有效分离且对模糊有很好的抑制。最后利用方位向加权对带外模糊置零。仿真结果表明该二维DBF处理技术的有效性。与星载双向和相控阵多向成像方法相比,该方法工作方式更灵活,能够满足多功能星载SAR的要求。     

弹载扫描SAR宽测绘带模式成像方法研究

针对弹载SAR景象匹配制导中匹配概率较低,需要大测绘带图像的问题,提出了通过天线距离向扫描扩大测绘带宽度的弹载扫描SAR宽测绘带成像模式.建立了弹体三维运动下的成像几何模型,给出了目标斜距表达式和回波信号表达式.通过分析扫描造成的线性距离走动空变性与多普勒中心空变性的问题,提出了改进的Range-Dopp ler成像算法,并分析了算法运算量.然后推导了弹体存在侧向移动时的几何校正公式.最后通过仿真验证了所提成像模式和算法的可行性.     

桂林地区GPS电离层闪烁特征分析

为了研究桂林地区GPS电离层闪烁特征,利用2011年1月至2012年3月的GPS电离层闪烁监测数据,分析了幅度闪烁的逐月变化特征和发生的地方时、方位角.结果表明,幅度闪烁主要发生在春秋季,且秋季幅度闪烁的发生频率和强度均比春季大.此外,幅度闪烁均发生在地方时19点至次日4点桂林上空的南部地区,同时伴随相位闪烁和TEC耗空.     

一种时域去走动的四阶模型SAR成像方法

针对大斜视SAR回波耦合性强问题,从提高斜距模型近似精度和距离徙动校正精度两方面对SAR成像进行了研究,推导了一种四阶SAR成像算法模型。首先为了提高模型近似度,将斜距展开到四次项,然后为了将距离向和方位向进行初步解耦,在时域进行走动补偿,通过级数反演法将信号转到二维频域进行距离弯曲校正,方位匹配滤波后得到聚焦后的SAR图像。该方法流程简单,便于实时处理。仿真结果表明,该方法具有较强斜视处理能力,取得了较高的成像分辨率。     

色散特性对毫米波频率步进雷达影响的研究

对影响毫米波频率步进雷达分辨率的主要因素进行了分析。除目标速度以外,为毫米波频率步进雷达提供频率信号的频率源的色散特性也会对雷达分辨率造成恶化影响。微波频段上的色散特性会被搬移到毫米波频段,导致毫米波发射信号和本振信号的初始相位差不为常数,对雷达系统尤其是距离分辨率造成严重影响。仿真结果与实验结果一致。为了抵消色散特性对雷达分辨率的恶化影响,可以通过对色散特性的补偿来实现。色散特性补偿的方法被应用到实现W波段频率步进频率源的设计中,满足了0.45 m距离分辨率的要求。     

脉内聚束SAR方位高分辨率宽测绘带成像

针对星载合成孔径雷达(SAR)方位高分辨与宽测绘带之间的矛盾,提出脉内聚束SAR模式实现高分辨宽测绘带成像．建立了脉内聚束SAR模型,分析了脉内聚束SAR回波信号特性,得出脉内扫描技术会导致不同方位子场景上散射点相互叠加引起距离模糊的结论．针对该距离模糊,利用俯仰维多孔径进行空域滤波解模糊;并分析了地形起伏对成像结果的影响．脉内聚束SAR利用脉内扫描获得更长的合成孔径,以此实现高的方位分辨率; 同时在采用低脉冲重复频率的情况下,获得宽测绘带,从而实现了高分辨宽测绘带成像．仿真实验结果验证了该方法的有效性．     

一种新型雷达波形的平均模糊函数

根据Ｗｏｄｗａｒｄ对模糊函数的基本定义，详细推导了脉内脉间频率调制雷达信号的平均模糊函数．结果表明，脉内脉间频率调制雷达信号同时具有大的时宽和大的带宽，该信号经匹配压缩处理后具有距离和速度两维高分辨率，同单纯脉间频率相比消除了距离载上的模糊．该信号克服了一般均匀脉冲串信号距离分辨率差的缺点，是一种简单可行的两维高分辨率信号形式．     

S波段雷达探测中的高精度电波折射误差修正方法

为提高S波段雷达探测精度,首先分析了对流层和电离层等电波环境对S波段雷达探测精度的影响,得出电波环境对信号产生的折射误差是影响雷达探测精度的主要误差源;然后利用射线描迹法,给出了对流层和电离层折射参数实时高精度遥感和探测方法,以实现S波段雷达全方位、多目标折射误差修正;最后对利用该方法研制的某型电波折射修正设备进行了验证.外场试验结果表明,该设备可实现对流层、电离层一体化实时高精度感知,可有效消除电波环境引起的距离和仰角折射误差,提高雷达探测精度.     

基于GPS信号的双基地SAR成像方法研究

对基于导航信号的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）成像方法进行了研究,主要是在星载一机载双基地配置情况下,利用GPS（global positioning system）卫星信号作为照射源,机载接收机接收点目标回波,通过距离向和方位向的压缩处理进行点目标成像。不同于线性调频信号,导航信号是扩频信号。研究了该信号的距离压缩方法,并给出一种方位压缩的实用方法,较好地达到方位压缩效果：利用Matlab工具进行了多点目标回波和成像算法的仿真。仿真结果表明：利用导航信号可以构成双基地SAR成像系统。     

姿态稳定度误差对星载聚束SAR成像质量的影响分析

针对当前工程设计中星地一体化指标分解不充分导致工程实现难度增大的突出问题,研究了姿态稳定度误差对星载聚束SAR成像质量的影响;在构建距离向与方位向姿态稳定度误差模型的基础上,分析了成像过程中姿态稳定度误差与成像质量指标之间的定量传递关系.理论分析和仿真结果表明,姿态稳定度误差会引入成对回波,姿态稳定度误差频率越高成对回波离主瓣越远,幅度越大成对回波的幅度越大,成对回波会导致SAR成像分辨率、旁瓣比等指标恶化.研究成果可为卫星方案设计阶段误差分配与指标体系构建提供理论支撑.     

一种新的大斜视TOPS SAR全孔径成像方法

针对大斜视模式导致回波信号距离向和方位向耦合严重,循序扫描地形观测模式波束指向的变化导致全孔径回波信号的方位带宽大于系统脉冲重复频率,引起方位谱模糊的问题,提出了一种基于修正距离徙动算法和方位谱分析的全孔径成像算法.对于全孔径数据,首先通过方位预处理获取信号无模糊的二维频谱,然后采用修正距离徙动算法进行距离徙动校正,最后通过谱分析技术和方位去斜技术将信号聚焦在方位频域.仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性.     

消除OTHR电离层相位污染的相邻相位差法

电离层扰动会使天波超视距雷达（OTHR）回波信号的多普勒谱展宽,影响OTHR目标检测能力,需要进行去污染处理.在分析OTHR信号处理过程和电离层扰动对回波信号污染机理的基础上,利用回波信号污染前后的相位关系,提出了消除电离层非线性相位污染的相邻相位差法（APD）,并与现有的几种去电离层相位污染方法进行了比较.计算机仿真结果表明：APD方法去相位污染效果明显,且当污染信号的幅度和频率变化时具有一定的稳定性;与其他方法相比该方法估计误差小且比较平滑,特别在校正低信噪比下的电离层相位污染时具有一定的优势.     

利用SPECAN算法的聚束SAR成像处理

讨论了距离向去调频聚束模式SAR信号的回波模型及特点,通过对聚束SAR信号的时、频域关系的分析,给出了适合去调频后的聚束SAR数据的成像算法。该算法结合了SPECAN算法高效和标准条带成像算法精确的优点,首先采用SPECAN算法对原始数据距离向去斜,其次采用距离-多普勒算法实现方位精确聚焦,与传统的距离-多普勒算法相比,成倍地降低处理的数据量,从而可实现聚束SAR的实时成像处理。对Ku波段实际飞行数据采用该算法压缩得到高分辨率的图像,验证了理论分析的正确性和所用方法的可行性。     

水下目标二维散射特性测量方法

基于合成孔径原理,提出一种水下目标二维散射特性测量方法,该方法采用声呐基阵静止而目标作合作匀速直线运动的模式.推导了前述模式下的目标回波信号模型.对回波信号进行二维成像处理,利用反投逐点算法进行方位向的聚焦处理,进而得到目标在距离和方位维的二维散射特性.给出计算机仿真和水池试验的回波数据处理结果,得到水下目标散射特性的二维空间分布,方位向理论分辨率达到0.04 m,且分辨率与距离和频率无关.该方法可用于目标特征缩减和目标识别.