高分辨率条件下延时有源定标器SAR成像质量分析与校正

延时有源定标器是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像质量评估和辐射定标的关键设备,有源定标器延时技术的采用可以降低本地杂波的影响,提高测量精度。但其点目标成像质量不可避免地会受到延时的影响,尤其在高分辨率条件下更为严重。该文建立了高分辨率条件下延时对有源定标器点目标成像质量影响分析模型,定量地分析了不同延时对有源定标器点目标响应峰值功率、主瓣3 dB宽度、峰值旁瓣比和积分旁瓣比的影响程度,通过研究提出了一种延时影响的校正方法,仿真实验验证了该方法的正确性。     

基于极化有源定标器的高分三号SAR在轨测试分析

高分三号（GF-3）是我国第一部全极化星载合成孔径雷达,也是世界上最为先进的全极化星载合成孔径雷达之一,在轨测试和定标是其定量化和全极化应用的前提,卫星发射后,开展了为期三个月的在轨测试和定标.本文提出了一种新型全极化有源定标器设计方案,利用研制的新型全极化有源定标器获取的在轨测试数据,分析了SAR（Synthetic Aperture Radar）天线方向图、SAR发射脉冲特性以及SAR发射天线极化隔离度等指标,分析结果表明,高分三号SAR具有良好的性能指标.根据全极化成像结果对极化有源定标器指标进行了验证,验证结果表明,有源定标器可以提供不同的散射矩阵且具有良好的点目标特性和极化隔离度指标.     

电离层对P波段星载SAR信号距离特性的影响

P波段星载合成孔径雷达(SAR)因其穿透特性而受到关注,但是电离层中的自由电子对P波段星载SAR电磁波的传播有较大影响。文中结合工程适用的电离层电子浓度剖面模型,分析了背景电离层电子浓度随时空变化将会引起SAR图像距离向的偏移,同时电离层的色散效应会导致SAR压缩后的波形展宽,使距离向的分辨率变差。仿真结果为P波段星载SAR系统设计提供依据。     

星载P波段SAR电离层效应的双频校正方法

对于高分辨星载P波段SAR系统,电离层效应对P波段SAR会带来一系列较为严重误差,包括时间延迟、法拉第旋转和色散等,这些误差与电波频率和电离层TEC值关系密切,并使得图像质量下降。如何测量与校正电离层效应误差是星载P波段SAR面临的重要问题。根据SAR系统自身的宽带特点,借鉴GPS系统采用的电离层双频测量校正方法,提出了一种基于双频SAR距离像相关的延迟误差测量方法,计算机仿真结果表明,该方法有效提高了双频回波信号的电离层延迟误差测量精度,适于低频段星载SAR系统的电离层效应测量与校正应用。     

P 波段雷达成像电离层效应的地面观测与校正

对于高分辨率星载P 波段SAR 系统,电离层效应对P 波段SAR 会带来一系列较为严重的误差,这些误差与电波频率和电离层积分电子总量(TEC)值关系密切,并使得图像质量下降。为了获得高质量的图像,必须对电离层误差进行校正。该文基于电离层导致的匹配滤波失配的数学模型,指出获得准确的电离层TEC 是校正的关键,提出了一种高精度的基于SAR 回波相位反演电离层TEC 的测量方法,并利用地基P 波段雷达对空间目标进行穿透电离层步进频ISAR 观测验证,实测数据处理结果表明,该方法有效提高了电离层TEC 测量精度,改善了ISAR成像质量,可适于低频段星载SAR 系统的电离层效应测量与校正应用。      

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。     

一种基于频域解模糊的星载P波段全极化SAR法拉第旋转效应校正方法

星载P波段合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）极化测量性能易受电离层法拉第旋转（Faraday Rotation, FR）效应的影响，随着系统带宽增加，以及中心频率对应的法拉第旋转角（FR Angle, FRA）增大，FR效应色散特征突显，将导致距离向成像恶化以及额外的极化测量误差.针对色散FR效应，提出了一种基于频域解模糊的星载P波段全极化SAR法拉第旋转效应校正方法，通过模糊度一致化以及频域拟合等关键步骤，解决了P波段SAR系统FRA估计值模糊问题，最后在频域实现色散FR效应的校正.利用机载P波段全极化SAR数据开展了仿真验证实验，与传统的图像域校正方法相比，有效抑制了色散的FR效应，显著改善了交叉极化通道图像之间的相关性.     

利用点目标进行SAR辐射定标的方法研究

SAR辐射定标是一项关联图像像素值和地物后向散射系数的重要工作。由于角反射器具有稳定、大的散射截面积和在较宽的角度范围内散射截面积变化较小,因而成为重要的点目标定标器。研究利用已知散射截面积的三面体角反射器来计算不同地物的后向散射系数、系统定标常数和系统总的传递函数的方法,并通过大量实测SAR数据进行了定标实验。理论分析和实验结果表明,利用点目标进行SAR辐射定标具有简单、实用、精度较高的优点。     

基于FMCW的大斜视SAR成像研究

针对调频连续波SAR与脉冲式SAR工作体制的不同,从而带来不同的回波信号形式,该文对基于调频连续波的大斜视SAR回波信号进行建模,分析信号的特征,揭示平台的连续运动在距离向产生一个多普勒频移的特性,从而导致目标的径向移动。同时,针对调频连续波SAR大斜视Dechirp数据,提出了时域走动校正、频域多普勒频移校正、距离弯曲校正的改进R-D算法,仿真数据处理结果验证了该文分析的正确性和所提算法的有效性。另外,对于平台连续运动引入的多普勒频移,该文也分析了其对成像造成的影响。     

电离层对星载合成孔径雷达方位向分辨率影响的分析

该文分析了天线实孔径尺寸、不同电离层谱以及电离层不规则体尺度等因素在电离层对星载合成孔径雷达(SAR)方位向分辨率影响中的作用。研究结果表明,保持星载SAR合成孔径长度不变,增加天线实孔径的尺寸会引起SAR方位向分辨率的退化,同时导致SAR方位向图像平滑。电离层的Kolmogorov谱对SAR方位向的影响较双参谱严重。电离层不规则体尺度远大于合成孔径的尺寸时,电离层对SAR方位向分辨率的影响可以忽略;在电离层不规则体的尺度减小到合成孔径的尺寸以下,但量级接近时,电离层的影响会导致SAR方位向分辨率的恶化。     

基于频带分割法反演电离层TEC参数

星载合成孔径雷达(SAR)系统会受到电离层带来的相位影响,降低星载SAR系统成像质量,对低频段宽带星载SAR尤其明显。为了消除电离层对星载SAR带来的相位影响,基于陆地观测技术卫星2号(ALOS-2)星载SAR数据,采用距离向频带分割法来估计电离层电子总含量(TEC)参数。验证推导距离向频带分割法的最优估计精确度,并利用ALOS-2数据,采用距离向频带分割法反演得到二维电离层TEC参数分布,分析了距离向分辨单元数对反演精确度的影响。另外,分析了雷达图像不同区域采用距离向频带分割法的估计精确度。结果表明频带分割法具有很强的鲁棒性,可以有效地反演电离层TEC参数分布,同时距离向分辨力单元数和成像区域场景地形起伏也影响反演电离层参数的精确度。     

电离层时空变化对中高轨SAR成像质量的影响分析

中高轨道合成孔径雷达(SAR)是下一代星载SAR重要的发展方向之一,电离层影响分析是推动中高轨道SAR系统发展的关键技术。该文针对中高轨道SAR的系统特点,结合电离层时空变化特征,建立了背景电离层对中高轨道SAR系统的影响分析模型,重点分析了背景电离层及其时空变化对中高轨SAR系统图像质量的影响,主要包括距离向和方位向图像分辨率的下降以及图像位移。分析结果表明,电离层及其时空变化对中高轨SAR图像质量产生较为严重的影响,相同电离层条件下,对于分辨率相同的SAR系统,随着轨道高度的增加,电离层引入的误差对距离向分辨率和图像畸变以及方位向分辨率和图像位移产生的影响程度将增大。     

Development of an active radar calibrator for the TRMMprecipitation radar

An active radar calibrator (ARC) was developed for the calibration of the first spaceborne Precipitation Radar (PR) onboard the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite. The ARC has three functions of the radar receiver, beacon-signal transmitter, and delayed-transponder. A ground-based measurement using a prototype ARC and a bread-board model of the TRMM-PR demonstrated the ARC's capability for the on-orbit TRMM-PR calibration     

基于非线性FM滤波的SC-ChirpScaling算法

本文分析了Chirp Scaling算法推导过程中残留三次相位误差对成像质量的影响,在此基础上提出了一种基于非线性FM滤波的高分辨星载SAR成像处理SC-Chirp Scaling算法.该算法采用斜视等效距离模型,利用非线性FM滤波方法实现了Chirp Scaling算法的三次相位误差修正,使高分辨率星载SAR成像质量获得明显改善.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.     

一种改进的星载SAR图像控制点几何校正模型

星载合成孔径雷达(SAR)用电磁波获取地球表面的电子图像。由于是侧视成像,SAR图像固有地含有定位误差,这些误差来源于SAR成像几何、成像模式、散射特性以及图像形成过程。因此,在SAR图像使用中必须考虑这些误差并予以校正。利用先验控制点信息可提高星载SAR图像定位精确度,校正几何畸变。分析了星载SAR图像定位的系统误差传递规律,通过将误差传递特性相似的系统误差源进行等效合并,提出了一种改进的系统误差校正模型,蒙特卡洛(Monte-Carlo)仿真实验验证了新模型具有更高的系统误差校正精确度。     

一种新颖的星载SAR无线内定标方法研究

内定标利用雷达系统内部设备和定标通路来测量系统各部分幅度和相位在成像过程中的相对变化,是保证雷达图像辐射精度的重要手段。该文针对传统有线内定标方案定标通路未覆盖相控阵天线TR输出端至无源阵面路径、定标网络庞大且自身误差控制难等不足,提出了一种新颖的利用辅助天线的无线内定标方法,给出了定标原理和分析模型,推导了SAR天线TR通道幅相特性和系统传递函数的标定方法,并在典型星载SAR系统参数下对标定误差进行了仿真分析,仿真结果表明,辅助天线支撑杆位置引起的TR通道幅度标定误差在10–3 dB量级,可以忽略;引起相位标定误差与支撑杆位置偏差密切相关,可依据文中给出的仿真曲线得到。支持杆位置引起的系统传递函数幅度标定误差小于0.1 dB;引起的相位标定误差对支撑杆位置偏差不敏感。最后在实际相控阵天线上对无线内定标方法进行了验证,获取了TR通道幅相特性标定的实测结果,表明了该方案的可行性和有效性。      

时-空变化的背景电离层对星载合成孔径雷达方位向成像的影响分析

对于星载合成孔径雷达(SAR)成像,方位向信号的相关性可能会因时-空变化的背景电离层而遭到破坏,特别是对于低波段系统。该文将孔径内方位时变的斜距电子总量(STEC)归结于3个因素:垂向电子总量(VTEC)的时间变化、空间变化以及电磁波传播路径的变化,分别分析了每个因素造成的时变STEC各阶系数。该文建立了统一的分析模型,即时变STEC影响下的SAR方位向信号3阶泰勒展开模型,推导了方位向偏移和相位误差解析表达式,并基于此得到了不同星载SAR系统的时变STEC各阶系数容限。利用实测的VTEC数据以及国际参考电离层(IRI)模型,开展了信号级仿真。数值分析和信号级仿真的结果表明,对于低轨P波段SAR系统,空变VTEC与传播路径变化是导致方位时变STEC的主要因素;而对于中高轨SAR系统,时变VTEC是导致方位时变STEC的主要因素。随着载频的下降与合成孔径时间的增加,方位向成像性能更加容易受到方位时变STEC的影响。