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。     

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。     

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。     

分布式卫星混合基线SAR-ATI相位校正方法

本文提出了一种分布式卫星混合基线SAR-ATI相位校正方法.分布式卫星在SAR-ATI工作模式下,由于编队构型、任务需求、地球自转、轨道摄动和卫星姿态变化等诸多因素的影响,卫星之间存在沿航向和切航向的混合基线.卫星间的切航向基线加剧了基线去相关引起的相位随机噪声,使得ATI相位中运动目标相位和地面高程相位混合在一起,造成了大量的虚警,导致动目标检测失败.本文提出了一种新的SAR-ATI混合相位校正方法,较好地抑制了切轨迹干涉相位,改善了SAR-ATI的检测性能.本文基于分布式卫星SAR仿真系统进行了仿真实验,实验结果证明了该方法的良好性能.     

一种新的多通道成像卫星误差校正方法

本文针对高速运动的沿航向运动的线阵中存在的误差,提出了基于角反射体回波数据进行阵列校正的新方法,该方法不需要迭代搜索,校正效果良好,可以估计存在沿航向误差和幅相误差时的导向矢量,文末通过计算机仿真实验验证了文中方法的有效性.     

机载双站SAR运动补偿研究

与单站SAR相比,双站SAR的几何关系更复杂,运动误差来源更多,因而运动补偿难度更大.本文提出了一种有效的双站SAR运动误差的估计和补偿方法.文中首先根据双站SAR运动误差的几何模型,推导出径向运动误差随距离变化的解析式,接着利用从回波数据估计的多普勒调频率和图像对比度来估计运动参数,最后利用估计的运动参数对数据分别进行径向和沿航向运动补偿.该方法可有效校正收发平台的三维运动误差,并可降低双站SAR系统对惯导的要求.仿真和实测数据的实验结果验证了该方法的有效性.     

基于频谱偏移估计提高距离向分辨率处理算法的误差分析

基于频谱偏移估计算法是一种分布式小卫星合成孔径雷达(Distributed Small Satellite Synthetic Aperture Radar,简写为DSS-SAR)提高距离向分辨率的数据处理方法,它实现过程简洁、数据量小.从基于频谱偏移估计算法的实现过程知道,其性能主要受到频谱重叠和频谱偏移估计误差的影响,本文着重研究这两种误差因素对由该算法处理得到的合成图像质量的影响.分别推导了存在频谱重叠和频谱偏移估计误差时合成图像的数学表达式,分析了它们对合成图像质量的影响,提出了:1.频谱重叠主要引起合成图像中点目标旁瓣抬高;2.频谱偏移估计误差主要引起合成图像中点目标主瓣衰减和旁瓣抬高.利用点目标仿真验证了理论分析的正确性.最后根据误差分析结果,对基于频谱偏移估计算法的实现提出了改进的建议.     

基于级联滤波的多AUV协同定位算法

针对交替领航下的多自主水下航行器(AUV)协同定位系统,利用级联滤波架构设计了一种多 AUV 协同定位自适应滤波算法,通过将协同定位系统中的跟随 AUV 状态估计分解为航向估计与位置估计两部分,克服了在仅有部分距离量测下航向角估计可观测性差的影响,减小了距离量测误差模型不确定所引起的定位误差波动。同时,引入算法复杂度评价标准对所设计的级联自适应滤波算法进行分析。仿真结果表明,该算法具有较高的定位精度,可有效降低计算复杂度。     

一种适用于机载/固定站构型 BiSAR 成像的改进相位梯度自聚焦方法

在机载/固定站构型双站合成孔径雷达(Airborne/Stationary Bistatic Synthetic Aperture Radar, A/S-BiSAR)成像中,回波信号方位不变性的假设不再成立;完成距离徙动校正和距离压缩之后,同一距离单元处信号的多普勒调频率具有沿方位向变化的特性.该信号特性导致了传统的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)方法对相位误差的估计精度显著下降.针对该问题,该文提出了一种改进 PGA 方法.与传统 PGA 方法相比,该方法通过增加对样本信号的剩余二次相位补偿,有效减小了变化的多普勒调频率对相位误差估计的影响,从而提高了对相位误差的提取精度;此外,该方法考虑了对距离空变相位误差的估计和补偿,使之适用于宽测绘带条件下的 A/S-BiSAR 成像.实测数据的处理和分析验证了该文方法的有效性.     

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.     

合成孔径激光雷达下视三维成像构型及算法

传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型。该系统采用激光泛光发射模式和多波束相干接收,首先,在高度向,采用大时宽带宽的线性调频信号,并利用解线频调技术实现高分辨率;其次,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,其中考虑到激光调频信号的长扫频周期,对于平台连续运动引入的多普勒平移项进行了补偿;在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。最后,通过仿真实验验证了该系统的有效性。     

发射阵列互耦及幅相误差校正

该文研究了基于发射方向图综合的双基地高频地波超视距雷达发射天线阵互耦、幅度及相位误差模型。根据误差模型的特点,提出一种发射天线阵列误差校正的方法。该方法利用收、发天线之间的直达波信号,采用迭代最小二乘法对发射天线阵误差进行估计。仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种幅度量化误差补偿策略

为了降低幅度量化对阵列天线性能的影响,以对数字衰减器控制的一维等间距侧射阵进行泰勒加权为例,仿真分析常见的量化策略对方向图副瓣电平及增益损耗的影响.提出一种统计平均意义下增益保持的适当二可能值法幅度量化误差补偿策略,可在保证增益损耗偏移量统计平均为零的前提下降低幅度量化误差对副瓣电平的影响.在此基础上对量化决策概率进行实时更新,得到改进的增益保持的适当二可能值法,在保持改进前副瓣电平水平的基础上进一步降低了增益损耗偏移量.最后将其推广至可分离型二维阵列,并给出目前工作的不足及进一步研究的建议.     

基于非均匀快速傅里叶变换的SAR方位向运动补偿算法

沿航向的非匀速运动对SAR成像质量有很大影响,而运动补偿后SAR图像存在几何形变,影响子图像拼接和多波段SAR图像融合。当沿航向速度误差较大时,实图像域插值校正后图像残留的几何形变不能忽略。基于上述问题,该文提出一种基于非均匀傅里叶变换的SAR方位向运动补偿算法,算法直接对方位向的非均匀数据进行非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)。该算法的定位误差和几何形变比实图像域插值校正几何形变算法小1到2个数量级,对沿航向速度误差有很强的鲁棒性,补偿后数据的幅度和相位信息都得以保留。SAR仿真和实测数据验证了该算法的有效性。     

基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI技术研究

该文研究了和/差波束干涉SAR/GMTI技术在通道不平衡条件下地杂波对消问题.文中阐述了和/差波束干涉SAR/GMTI的原理,推导了理想条件下地杂波空域对消因子.实际系统中,由于存在通道幅相不一致等误差,直接空域对消并不能有效抑制地杂波.该文研究了基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI方案,通过二维信号子空间处理自适应地校正通道误差,进而对地杂波进行空域对消.仿真实验表明该方案对系统误差的敏感度显著下降,具有很好的鲁棒性,更适合于工程实施.     

多通道成像卫星误差校正方法研究

研究高速运动多通道成像卫星的误差校正问题,提出了利用地面角反射体回波数据进行阵列校正的新方法,该方法简单易行,校正效果良好,使得存在沿航向误差和通道幅相误差情况下卫星多通道成像成为可能。通过计算机仿真实验验证了方法的有效性。     

一种阵列天线阵元幅相、位置误差校正方法

针对毫米波热辐射信号弱的问题,该文提出一种对存在阵元幅相、位置误差的线阵进行校正的方法。该文基于低信噪比(SNR)的阵列误差模型,利用单个校正源,其信源方向未精确已知,通过旋转天线阵列在多个校正方位测得校正数据,并估计出阵元幅相、位置误差参数,从而对阵列中的阵元幅相、位置误差进行联合校正。该方法运算复杂度低,具有较高的估计精度,校正性能良好。理论分析和计算机仿真结果表明了该文方法的有效性。     

一种稳健的机载面阵雷达非均匀杂波抑制方法

在非均匀杂波和密集目标环境下,由于没有足够的独立同分布(IID)训练样本,传统空时自适应处理(STAP)方法的杂波抑制性能严重下降。针对以上问题,该文提出一种对阵元误差稳健的机载面阵雷达非均匀杂波抑制方法。该方法首先根据雷达系统参数先验知识构造杂波表示基矩阵。然后在考虑阵元误差的情况下,基于最小二乘准则迭代地估计杂波表示系数和阵元误差,最后利用估计得到的最优杂波表示系数和阵元误差直接在阵元脉冲域进行杂波对消。该方法无须估计待检测单元统计特性;没有孔径损失;不需要训练样本;即使在距离模糊情况下也能有效地抑制密集目标环境下机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

多旋翼无人机载SAR的视线运动误差修正与补偿

多旋翼无人机体积小、重量轻、成本低,但由于飞行航迹极不稳定,成像信号处理难度很大。基于惯导数据实时调整脉冲重复频率(PRF)可预先补偿航向位移误差,但是,其残余误差在高波段合成孔径雷达(SAR)斜视成像时不能忽略。为此,利用位移实测值与理想值间的差异提取残余航向位移误差,修正了斜视成像几何下的视线运动误差,改进了传统的1阶、2阶视线误差补偿因子,并基于成对回波理论分析了旋翼无人机正弦位移误差的幅度和频率容限。仿真和实测数据验证了所提方法在大斜视成像时可减小视线运动误差约一个数量级,显著提高多旋翼无人机载SAR成像的性能。      

前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法

针对高分辨前视阵列SAR三维成像系统面临的距离采样率高和回波数据量大的问题,本文利用地面散射源在三维空间中的稀疏性,提出距离频域和沿航向时域二维稀疏采样并稀疏重构地面三维图像的方法.从前视阵列SAR角度观察三维地面,地面散射源在距离向和沿航向二维空间中是稀疏的,在该二维方向上联合稀疏采样有望实现最佳的稀疏采样效果.为避免距离向时域稀疏采样造成的三维成像复杂化,提出利用子脉冲结合距离频域稀疏采样的方法来实现距离向稀疏采样.同时,结合地面散射源连续性特点,提出低信噪比情况下稳健的信号重构方法.与传统三维匹配滤波成像方法相比,本方法降低了距离采样率和回波数据量,并直接重构地面散射源信息以实现三维成像.