大椭圆轨道SAR系统设计及关键技术研究

大椭圆轨道SAR（Highly-Elliptic Earth Orbital SAR）作为低轨SAR（LEOSAR）、中高轨SAR（MEOSAR、HEOSAR）的结合,具有观测范围广、时间分辨率高的特点,是非常具有应用前景的新型SAR系统。本文根据大椭圆轨道SAR的系统特点及优势,对大椭圆轨道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。针对大椭圆轨道SAR系统存在的特殊问题,对大椭圆轨道SAR的关键技术问题进行分析,提出了针对上升/下降时段、远地时段观测特点的高精度成像算法,并对大椭圆轨道SAR天线和空间环境适应性设计难点进行了总结。这些研究结果为大椭圆轨道SAR系统实现及应用提供有益参考。     

基于两步方位重采样的中轨SAR聚焦方法

中轨轨道显著的弯曲特性导致中轨SAR信号存在2维空变,因此大场景成像对于中轨SAR仍然是个难题。该文使用参数2维空变的4阶多项式模型对信号进行建模。同时提出一种基于两步方位插值的信号方位空变校正方法,通过方位时域重采样可以校正参考距离上不同方位目标点的多普勒调频率的线性和2次空变,距离向利用CS/RMA算法即可校正场景中所有点目标的距离徙动,而第2步多普勒重采样则能够校正剩余的多普勒参数的空变特性,包括剩余的距离方位耦合空变,以及高阶多普勒参数空变。通过两步插值法能够完全校正整个场景目标信号的方位空变特性,使得传统频域成像算法可以应用于中轨SAR的大场景聚焦。最后通过所提方法与参考方法的仿真结果对比,验证了所提方法的有效性。

     

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.     

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。     

基于SAR体制的巡航导弹成像方法研究

探讨了机载单天线SAR对巡航导弹进行探测和成像的方法。首先用条带模式对巡航导弹进行广域搜索，以AMTI抑制地(海)杂波，粗略估计出巡航导弹的大体区域和运动参数，继而用聚束模式对其进行高分辨率成像。     

滑动聚束SAR成像模式研究

滑动SAR是一种新颖的SAR成像模式,它通过控制辐照区在地面移动的速度来增加方位向相干累积的时间,从而提高SAR方位向的分辨率。该文从成像机理、回波方程、分辨率、天线扫描以及测绘带宽等方面对滑动聚束SAR进行了详细分析,并且给出了滑动聚束SAR的波数域成像算法。通过对条带SAR,聚束SAR,滑动聚束SAR的比较,可以看出条带SAR和聚束SAR都是滑动聚束SAR的一种特例。     

高轨SAR多普勒中心补偿的二维姿态控制方法

该文提出一种高轨SAR多普勒中心补偿的2维姿态控制方法,在保证波束照射到地球表面的前提下,调整波束中心指向将多普勒中心补偿为零。首先分析了无偏航控制、1维偏航控制情况下的多普勒中心,说明了2维姿态控制的必要性;然后根据零多普勒面与地球表面的交线,在卫星轨道坐标系下,得到了在任意轨道位置将多普勒中心补偿为零的波束中心指向的解析表达式。仿真实验验证了该方法的有效性。     

星载SAR系统设计与仿真

以星载SAR为应用背景,研制了星载SAR系统设计与仿真软件SARSIMS。SARSIMS可以完成不同波段SAR系统的总体参数设计、总体参数分析、回波仿真,条带、聚束和扫描成像模式的成像以及SAR系统的仿真。SAR系统设计的可视化是SARSIMS的主要特点,斑马图交互设计减少了设计难度和设计工作量,提高了设计效率,保证了SAR系统设计可以满足不同的要求。     

微波视觉三维SAR关键技术及实验系统初步进展

合成孔径雷达(SAR)三维成像在复杂地形测绘、复杂环境下目标发现与识别等方面具有重要应用潜力,是当前SAR领域的重要发展方向之一.为推动SAR三维成像技术的发展和应用,中国科学院空天信息创新研究院牵头设计并研制了一套无人机载微波视觉三维SAR实验系统(MV3DSAR),为相关技术研究和验证提供实验平台.目前该系统的单极...     

高轨SAR非平直几何动目标成像影响建模

高轨SAR覆盖范围广、轨道回归周期短,具有探测动目标的优势。由于高轨SAR轨道高度高,斜视成像模式下几何关系呈现非平直特点,低轨SAR平直成像几何下的影响分析模型并不能直接适用于高轨情况。建立高轨SAR非平直斜视成像几何,利用等距离等多普勒方程推导得到匀速运动目标成像位置偏移、二次相位误差、三次相位误差的解析表达式,分析目标运动对成像偏移、散焦造成的影响,并与平直成像几何下的运动成像影响进行对比分析。基于动目标探测角度给出仿真高轨SAR雷达参数和轨道参数,通过仿真分析,验证了成像影响理论推导的正确性。     

星载SAR技术的发展趋势及应用浅析

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种主动式微波成像传感器,能够不受天气、气候以及光线的影响,可以全天时、全天候地成像,因此,星载合成孔径雷达已发展成为一种不可或缺的对地观测工具。随着技术的进步,未来星载SAR将实现高分辨率宽测绘带、低成本、小型化、多基多模式微波成像,并具有地面运动目标指示的能力,在最小的成本下获得最丰富的地物信息。这迫切需要星载SAR系统在新模式、新体制、新技术方面取得重大突破。该文将围绕星载合成孔径雷达技术发展现状及未来趋势展开论述。      

一种应用在多孔径宽测绘带SAR中的CS算法

多孔径接收宽测绘带SAR方法是一种较先进的高精度宽测绘带SAR成像方法。这种方法要求先对距离向信号压缩然后用反解矩阵求出各个测绘带的信号,然后再进行方位向聚焦。RD算法应用在这种成像方法比较方便,但是在星载SAR成像中大多用精度较高、运算量较小的CS算法。CS算法要求先进行方位向FFT而不是距离向压缩,所以不能直接应用在这种成像方法中。该文提出了一种基于CS算法的多孔径成像算法,可以很方便应用于多孔径接收宽测绘带SAR,并进行了计算量和误差分析,给出了仿真结果。仿真结果证实了本文所述方法的有效性。     

多通道高分辨率宽测绘带SAR系统杂波抑制技术研究

对于多通道高分辨率宽测绘带合成孔径雷达(HRWS SAR),为了实现高分辨宽覆盖测绘能力,每个子孔径的回波信号均存在多普勒模糊,因此现有的杂波抑制方法不能有效的抑制杂波。针对这一问题,该文提出一种新的杂波抑制方法,并给出了对应的双门限CFAR检测方案。首先,借鉴数字波束形成(DBF)解多普勒模糊的思想,提出将自适应DBF技术应用于杂波抑制。然后,分析其存在的问题,并给出改进方案。改进方案可以降低杂波抑制所需要的自由度(DOFs),解决运算量与估计精度之间的矛盾问题。最后,仿真结果验证了该文方法的有效性。     

一种新的高分辨率宽波束机载SAR成像算法

目前的频域成像算法在应用于高分辨率宽波束机载合成孔径雷达(SAR)时不能精确补偿运动误差,而可以精确成像的时域算法存在计算效率低下的问题。针对上述问题,该文提出一种新的成像算法。该算法通过对信号2维频谱进行扰动操作,将频域与时域算法结合互补,在提高运补精度的同时,也提高了后向投影的计算效率,从而在应用于高分辨率宽波束机载SAR时得到成像精度与效率的平衡。通过仿真和实际数据分析,验证了该算法应用于高分辨率宽波束系统的有效性。     

基于超大幅宽的高轨SAR加速BP成像方法

在高轨(GEO)合成孔径雷达(SAR)成像中,超大的成像幅宽导致成像区域不满足平面近似,使得基于平面网格的快速BP算法失效。该文提出一种基于地表网格的快速BP算法来精确高效地处理高轨SAR信号。首先针对轨道弯曲和地表弯曲所带来的信号复杂空变问题,采用一种基于实际地表的曲面网格布置方法。针对子孔径BP图像的频谱混叠问题,提出基于曲面网格的两步频谱压缩函数,将子孔径图像在合成之前实现频谱解混叠。同时采用多级子孔径图像合成的方法提高成像效率。最后,通过对比仿真,证明了该文所提算法的精确性以及高效性。     

方位数字波束形成SAR系统的性能分析

讨论了数字波束形成(DBF,digital beamforming)技术在星载合成孔径雷达(SAR,synthetic aperture radar)系统中的应用.详细讨论了天线尺寸,方位分辨率,脉冲重复频率等系统参数,分析了数字波束形成SAR系统的性能,并与常规SAR系统的这些参数做了比较.分析表明,在SAR系统接收端应用数字波束形成技术可以在实现高方位分辨率的同时展宽测绘带.     

慢速平台SAR系统设计与仿真分析

慢速平台因其平台速度慢,采用脉冲推扫模式,可解决同时高分辨率、宽观测带SAR成像时对脉冲重复频率(PRF)要求的矛盾。针对慢速平台的特点,深入研究了慢速平台SAR系统的设计,为最大程度发挥侦察效能,设置脉冲推扫、方位向摆扫等工作模式,并采用二维有源相控阵天线的宽带宽角电扫功能予以实现。以脉冲推扫模式为例,对慢速平台SAR系统参数进行了仿真。结果表明,在10km平台高度和10m/s平台速度条件下,采用脉冲推扫模式,在0.3m分辨率时可实现优于30km的观测带宽,而在1m分辨率时可实现优于60km的观测带宽。     

0.1米分辨率机载SAR系统的带宽实现和成像算法研究

研究X波段0.1米分辨率机载SAR系统的超大带宽实现和高准确度成像算法要求的相关问题.深入分析频域合成带宽方法,提出一种适用于去斜率接收信号的类频域合成带宽方法,详细讨论两种方法在实现过程中的具体操作问题,包括频域方法的滤波器设计和解决类频域方法的宽测绘带混叠现象.对Chirp Scaling算法、Chirp z-transform算法和Omega-K算法的聚焦处理进行比较,分析算法的聚焦准确度和计算效率性,给出近似算法对测绘距离和测绘带宽度限制的表达式.讨论合成带宽与成像算法的联合问题,分析两种联合情况的执行过程和特点,给出频域合成带宽直接嵌入成像算法的数据处理流程.最后,通过仿真数据验证了整个分析过程和解决方法.     

一种适用于小型平台SAR的实时成像系统

针对小型化SAR成像处理器的特点,提出了一种具有性能高、体积小、实用化的实时处理系统的设计方案。从分析处理芯片、处理板并行体系结构的选择出发,给出了一种合理的SAR实时成像系统的硬件实现方案及具体实现方法。针对小型化SAR的成像特点,采用一种子孔径补偿的改进型RD成像算法,该算法具有运算量较小、补偿效果好的特点,并提出了软件设计的优化方案。