导航卫星双基地SAR几何优选及实测边坡成像

基于导航卫星的星-地双基地SAR（GNSS-BSAR）作为一种新型的地表观测手段,具有重访时间短、覆盖范围广、系统成本低等显著优势。当地面接收机与目标场景距离较近时,由于GNSS-BSAR的分辨率较低,导致目标场景的成像结果与其在同一等距离线上的镜像混叠在一起,无法进行图像解译和形变反演处理。针对以上问题,本文提出了一种基于分辨率设计和等距离多普勒特性分析的导航卫星双基地SAR几何优选方法。该方法在选定实验场景的基础上,进行GNSS-BSAR分辨性能与等距离-多普勒特性的多目标联合优化,选定能够避免镜像模糊现象的导航卫星辐射源,实现GNSS-BSAR几何构型优选。基于以上方法,在重庆边坡地区设计GNSS-BSAR实验,成功获取了无镜像模糊的实测边坡成像结果,验证了几何优选方法的有效性。      

机动飞行条件下前斜SAR分辨率分析

在机动飞行的前斜合成孔径雷达(SAR)系统中,成像的几何构型随时间显著变化,传统的分辨率分析方法不适用于这种情况.为了描述该系统下的分辨率特性,提出了一种基于分辨椭圆的计算不同几何构型下的前斜SAR分辨率的方法,通过评估分辨椭圆面积找到目标识别最优位置.仿真结果表明,该方法适用于不同飞行参数和几何构型条件下的机动飞行的前斜SAR分辨率分析.     

分布式卫星双基SAR分辨特性分析

由于分布式卫星的轨道特点及SAR成像特点所致,分布式卫星双基SAR在一定条件下可近似认为是一种信号发射器与接收器平行运动的双(多)基SAR。该文结合分布式卫星双基SAR的这一特点,应用梯度的概念就分布式卫星双基SAR几何分辨率、分辨方向、分辨单元几何特性等问题进行了研究; 以视角、斜视角函数的形式给出了任意基线构型下分布式卫星双基SAR的几何分辨率、分辨方向的表达式; 并研究了分布式卫星基线对分辨特性的影响。     

基于MMSE编队卫星SAR高分辨率成像算法

针对编队卫星SAR的构型特点,根据编队卫星SAR回波信号的数学模型,给出了一种改进的成像算法:对每个接收机受到的回波信号进行最小均方误差滤波处理,并用空域滤波合成多颗接收卫星对应的单视复图像,从而得到高分辨率SAR图像。该方法充分利用系统的先验知识和不同接收机间的位置信息来实现高分辨率成像,突破了传统匹配滤波算法对SAR空间分辨率的限制,实现了均方差最小意义下的最优估计。仿真结果验证了本算法的有效性。     

GEO-LEO 双站视频SAR 系统若干问题研究

视频合成孔径雷达(SAR)作为一种新型的微波遥感体制,能够实现热点区域的持续监测。文中提出了一种基于GEO-LEO 双站模式的天基视频SAR 系统,其中发射源位于地球静止轨道,低轨卫星顺序接收目标场景回波信号实现对场景的持续视频监测,基于该双站模式建立了回波信号模型;同时,提出了天基视频SAR 成像过程中回波数据分割与重叠率的计算方法;最后,分析了该天基视频SAR 系统的几何分辨率。文中的研究成果可以为天基视频SAR 系统的构建提供参考。     

中轨SAR系统设计及关键技术研究

中轨SAR(MeoSAR)作为低轨SAR(LeoSAR)和高轨SAR(GeoSAR)的折中,具有观测范围广、时间分辨率高的特点,是极具应用前景的新型SAR系统。根据中轨SAR的系统特点及优势,对中轨SAR系统设计中的成像体制选择、工作参数选择、成像模式设计等进行了论述。针对中轨SAR系统存在的特殊问题,对中轨SAR的关键技术问题进行分析,提出了基于波束赋形的距离模糊抑制方法和高精度时域成像算法,并对中轨SAR天线设计和空间环境设计的难点进行了总结。研究结果为中轨SAR系统实现及应用提供有益参考。     

非合作星机双基地SAR工作模式研究

由于星机双基地SAR发射机和接收机的空间分离以及平台速度的巨大差异,波束同步是其最大挑战。文章根据星机双基地SAR的几何构型,提出了一种适用于非合作条件下的接收机工作模式,并进行了仿真验证。仿真结果表明,文章提出的波束同步方案的接收机工作模式方位分辨率优于单星SAR,且成像场景比现有工作模式更宽。     

星载寄生式SAR多普勒特性分析

本文基于星载双基地雷达空间几何关系,给出了星载寄生式SAR系统中小卫星多普勒参数的两种表达形式,进一步给出了与多普勒特性相关的几个重要系统参数的表达式。分析了基线和相对速度对小卫星多普勒特性参数偏移主星参数的影响,指出基线是主要影响因素;对多普勒中心频率影响大,对多普勒调频斜率及方位分辨率影响小。分析了利用寄生式SAR提高方位分辨率的能力和限制因素。     

基于遗传算法的卫星干扰源定位构型优化方法

高轨卫星干扰源定位具有覆盖范围广、性能稳定的优势,是无线电监测的重要手段。然而,卫星干扰源定位的误差主要由定位构型决定,目前鲜有有效算法计算最优轨位。针对这一问题,提出了基于遗传算法的高轨卫星干扰源定位构型优化方法。首先推导了卫星时差定位的几何稀释度模型,并将几何稀释度作为遗传算法的适应度函数,然后基于遗传算法设计了轨位设计中的编码、适应度、选择等原则。最后获得了基于遗传算法的轨位设计结果。仿真试验和实星数据处理验证了所提方法的有效性。     

地球同步轨道星载SAR观测特性分析

地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEOSAR)具有超高的卫星轨道和超长的合成孔径时间,相比于目前的低轨星载SAR,GEOSAR在信号特性与成像信号处理方面变化显著.GEOSAR体制和理论方法的研究都要以GEOSAR自身的特性分析为基础.文中根据GEOSAR的星地几何关系对星下点轨迹、卫星速度与波束扫描速度、合成孔径时间、多普勒特性等观测特性进行了深入分析,然后在此基础上与典型低轨SAR进行比较,得出了相应结论.     

Terahertz Bistatic Synthetic Aperture Radar for 1-D Near-Field High-Resolution Imaging

Considering the difficult transceiver-isolation problem of the monostatic synthetic aperture radar (SAR) in the terahertz (THz) band, this paper proposes a compact THz bistatic SAR (BiSAR) geometry. The system allows the separately distributed transmitter and receivers. At the receiving end, there are a direct-wave receiver and an echo receiver, both operating at the heterodyne and in-phase mode. The echo receiver runs along a linear rail to fulfill the scene scanning, while the direct-wave one is fixed as a reference. Furthermore, assuming that the receivers are synchronized, both the problem of synchronization between the separated transmitter and receivers and the problem of timing at the signal acquisition would be solved by utilizing the high coherence between the echo and the direct wave. Based on such a system, the application of THz BiSAR for one-dimensional imaging is taken into consideration. Then, a high-resolution imaging algorithm is proposed benefitting from the total least squares estimating signal parameters via rotational invariance techniques (TLS-ESPRIT) and the spatial smoothing process (SSP). The imaging performance is then demonstrated by both simulations and the experiments in the 0.183 THz.     

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

时空变背景电离层对 GEO TomoSAR 成像影响分析

地球同步轨道合成孔径雷达层析成像（GEO TomoSAR）是一种将地球同步轨道 SAR（GEO SAR）与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨 SAR 层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于 GEO SAR 轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得 GEO SAR 信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响 GEO TomoSAR 三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的 GEO TomoSAR 信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对 GEO TomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。      

基于GEO SAR编队飞行的动目标检测

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)编队飞行,是指2个或2个以上的搭载了合成孔径雷达的地球同步轨道卫星协同工作,组成一颗大的“虚拟卫星”,进而完成多项任务并降低风险。GEO SAR编队飞行形成的多通道可以用来进行动目标检测。空时自适应处理(STAP)在空-时二维平面上抑制杂波,完成强杂波背景下的动目标检测。在传统STAP算法的基础上,提出了基于GEO SAR编队飞行的对地面运动目标检测的方法,并通过仿真分析了该方法的性能。     

GEO-LEO双基SAR序贯多帧-多通道联合重建无模糊成像方法

采用地球同步轨道(GEO)卫星作为双基合成孔径雷达(SAR)的发射站,可为低轨(LEO)接收站提供大范围、持续的波束覆盖。同时,由于收发分置的系统形态,LEO接收站可以实现下视、前视、后视等多视区成像,因此,GEO-LEO双基SAR在地球测绘、侦察监视等领域具有广阔的应用前景。为实现大幅宽成像,GEO SAR发射站的脉冲重复频率较低,而LEO SAR接收站会引入大的多普勒带宽,造成GEO-LEO双基SAR方位欠采样。通过在接收站引入多通道技术虽可抑制模糊,但是面临GEO-LEO双基SAR的严重欠采样问题,多通道无模糊重建方法所需通道数过多,不利于接收系统小型化。针对方位严重欠采样条件下的复杂观测场景无模糊成像问题,该文提出了序贯多帧-多接收通道联合重建无模糊成像方法,通过利用序贯观测场景多帧图像的相关性和多接收通道的采样信息进行联合重建,实现无模糊成像。首先将GEO-LEO双基SAR无模糊成像问题建模为张量联合低秩与稀疏优化问题,然后在交替方向乘子法迭代求解中利用多接收通道信息,实现了GEO-LEO双基SAR对复杂观测场景的无模糊成像。相比于基于传统多通道重构的成像方法,该方法可显著减少无模糊成像所需的接收通道数,仿真实验验证了该方法的有效性。      

在振动环境下相位噪声对星机BiSAR的影响

振荡器的相位噪声是影响BiSAR获得高分辨率图像的重要因素之一。振荡器是一种对振动极为敏感的器件。因此,在振动环境下,定量分析相位噪声对BiSAR的影响是十分必要的。文中基于两个独立非同分布的振荡器,机载SAR在静态条件和随机振动环境下,推导了星载一机栽混合BiSAR（SA-BiSAR）积分旁瓣比的计算公式。仿真结果表明,在静态条件下,SA—BiSAR仍然具有很低的相噪谱;机载SAR在振动环境下,对于L波段,可以满足成像的基本要求;对于X波段,需采取必要的隔振措施提高系统的抗振性能来满足成像的条件。     

合成孔径成像激光雷达高分辨的一维距离像

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,其突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的成像质量.对激光波段的高分辨距离像进行了研究,介绍了合成孔径成像激光雷达一维距离像的室内实验系统,有效地对合成孔径成像激光雷达一维距离像进行模拟.首先,简述了一维距离像的成像原理.然后,分析了系统的关键技术,给出了系统框图和连接关系,并且针对激光调谐信号的非线性问题,利用多项式推导出非线性的激光信号表达式,提出了一种时域补偿高阶相位误差的补偿方法.最后,通过实验证明了所提方法可以有效地消除各个脉冲的非线性问题,并且表明所给实验系统的可行性.     

一站固定低频UWB BiSAR时间同步误差分析

时间同步技术是双基地SAR系统的关键技术之一.结合一站固定式低频超宽带双站SAR系统的工作特点,研究了其时间同步误差产生机理.在考虑了不同形式时间同步误差分量的基础上,分别建立了时间同步误差模型,从理论上推导分析了时间同步误差对一站固定式低频超宽带双站SAR成像质量的影响,并给出了量化的同步指标.最后通过仿真验证了理论分析的准确性.工作结果对于一站固定式低频超宽带双站SAR系统设计及同步方法的工程实践提供有力支撑.     

运动误差对双站SAR相位同步及成像的影响

收、发系统间的相位同步是双站合成孔径雷达的一项关键技术,采用锁相环接收机是实现双站SAR系统相位同步的一种可能方法.本文主要就锁相环接收机在运动误差条件下的相位同步问题进行了研究,并分析了锁相环相位误差对系统成像的影响,最后,给出了计算机仿真结果.     

基于频谱偏移的GEO星机多基SAR提高距离分辨率方法

该文给出了发射端固定的单发多收地球同步轨道(GEO)星机多基SAR几何模型,推导了不同接收端回波之间的频谱偏移.基于该频谱偏移,提出了通过合成不同接收端的频谱实现提高距离分辨率的方法.详细分析了谱合成过程中产生的重叠干扰项,及其对距离分辨率的影响,并提出了权值滤波的方法进行抑制.最后通过仿真验证了方法的有效性.