基于高程测量误差的分布式卫星SAR编队构形设计

卫星编队构形是影响分布式卫星SAR系统性能的重要因素之一。该文主要研究满足绕飞轨道条件下的分布式卫星SAR编队构形设计问题,提出了基于高程测量误差最小的分布式卫星SAR编队构形设计方法。文中给出了分布式卫星SAR多组高程测量数据融合后的像素单元高程测量误差表示,并提出了给定观测区域的高程测量误差表达式。在此基础上,以观测区域的高程测量误差为优化目标,采用遗传算法对分布式卫星初始编队构形进行优化设计。仿真试验验证表明,通过该方法得到的初始卫星编队构形能够较好的降低给定观测区域内的分布式卫星SAR高程测量误差。     

联合多方位角调频率估计的星载SAR三维成像方法

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)通过波束的方位向扫描可以实现单次航过的多方位观测。在多方位角观测过程中,卫星弯曲轨道可等效为长3维曲线阵列,从而具备了3维成像能力。由于多方位角观测在高度维采样的稀疏性,无法直接通过3维FFT实现无模糊成像,且目标在不同方位角SAR图像的投影与高程间的传递相对复杂。针对该问题,该文提出了联合多方位角调频率估计的星载SAR3维成像方法。该方法首先给出了不同观测方位角下多普勒调频率误差与目标高程误差间的关系,利用视错位法(Map Drift, MD)估计多普勒调频率误差。然后,联合多方位角高程估计结果提升高程估计精度。最后,利用高程估计结果恢复目标3维几何信息,从而实现3维成像。仿真实验验证了该方法的高程估计精度可达米级。      

TM65 m天线基础和轨道沉降及对天线指向的影响

天马望远镜（简称TM65 m）所建地区属于软土层,为保证望远镜高指向精度,需要坚实的基础支撑高精度的方位轨道平面。2012年7月~2015年7月,基于精密水准测量系统,采用闭合法对基础沉降及轨道面精度共进行了11次测量。测量数据表明基础沉降逐渐趋于均匀沉降,轨道面均方根误差为0.47 mm。测量结果显示天线的基础沉降和轨道面高程随方位角的变化具有相关性,说明基础沉降直接影响了轨道面的精度。采用实验、仿真和理论相结合的方法分析轨道面不平度引起的天线方位轴在东西和南北方向的误差。首先,线性插值测量的轨道不平度数据,提取某方位角对应的天线方位滚轮6支点的高程,然后将高程差作为约束边界条件施加到有限元模型上,最终仿真分析获得不同方位角下方位轴的倾斜量。同时,利用安装在天线座架上的电子倾斜仪对轨道面不平度进行测量,建立了倾斜仪x和y向输出数据与方位轴倾斜及对应方位角的关系模型,经拟合计算得到方位轴的倾斜量随方位角的变化关系曲线。仿真和理论分析结果具有很好的一致性,轨道面不平度对指向精度的影响在4内,分析结果为天线指向模型修正提供了依据。     

星载InSAR系统DEM重建及其误差分析

对于星载干涉合成孔径雷达(InSAR)系统数据处理中的数字高程模型(DEM)重建,其误差受基线误差等误差源及是否采用地面控制点(GCP)影响。该文基于传统重建方法得出了利用GCP时的DEM重建方法,并分析了重建误差关于基线误差的传递关系。由此传递关系,可知系统对轨道测量精度的要求很高,而利用GCP时,相同轨道测量精度条件下,重建误差大大减小。故为了在保持重建精度的情况下降低对轨道测量精度的要求,可以利用GCP。另外上述分析得出的误差传递关系可以用来指导系统一些参数的设计。     

分段线性动态系统周期轨道的时域法求解及其稳定性分析

该文提出了分段线性动态系统周期轨道的时域法求解及稳定性判断的新方法。分段线性动态系统的状态空间被切换面分割成若干个线性子区间。借助MATLAB,联合求解周期轨道在各子区间的状态转移方程,可得该周期轨道在各切换面的切换点坐标及在各子区间的运行时间,从而得到该周期轨道的分段时间表达式。由该表达式,可导出该周期轨道在某一切换面的庞加莱映射方程及其雅可比矩阵,根据其特征值可判断周期轨道的稳定性。以三阶、四阶蔡氏电路为例,用该方法求出了它们的多个周期轨道,进行了稳定性判断,数字仿真表明该文所提出的新方法是可行的和正确的。     

行星地形激光测高可视化仿真系统的设计

建立行星地形激光测高的可视化仿真系统对于卫星探测中行星地形信息的处理具有重要的意义。采用分形技术仿真了行星数字地形,计算了卫星轨道数据和测量点信息。对测量的高程信息通过插值算法得到了规则的DEM,动态地三维展示了整个探测过程的卫星轨道和测量点分布情况,并通过基于LOD的地形生成算法显示了原始的行星地形和测得的地形对比。     

基于车载激光点云的铁路轨道检测

铁路轨道的局部变形直接影响火车的高速安全行驶。为实现铁路轨道的自动化巡查,提出一种从车载激光点云中提取轨面与枕木的方法。首先,利用基于高程约束的欧氏聚类对原始点云数据进行预处理,得到路基区域;然后,对路基区域进行网格划分,并对每个网格内的点云进行高程判断,从而提取出轨面点云;最后,利用枕木与砟石的几何形态差异,设计出一种面向轨道点云的动态阈值分割方法,以提取枕木点云。对多个路段的铁路轨道进行实验,结果表明,本文方法仅利用点云坐标信息就能实现不同区域的轨面与枕木的自动检测,平均提取质量分别达到97.8%和93.6%,验证了本文方法的可行性与有效性。     

基于粗数字高程模型信息的干涉相位图生成方法

该文提出了一种基于粗数字高程模型(DEM)信息的干涉相位图生成方法,其思路为充分利用已有的DEM信息来完成SAR图像配准-干涉相位滤波处理。此方法首先根据粗DEM信息和系统参数计算得到SAR图像中每一像素的2维配准偏移量,从而完成SAR图像的配准。在干涉相位滤波中,由粗DEM信息仿真生成已知地形的干涉条纹图用以补偿InSAR系统录取得到的干涉相位,再对残余相位进行滤波处理,提高干涉相位滤波的性能。另外,对于高分辨率SAR图像,粗DEM高程误差和系统参数误差会引入较大的图像配准误差,该文再利用联合像素子空间投影方法进一步完成SAR图像的精确配准和相位滤波。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

基于几何约束移动最小二乘的TomoSAR山区点云高精度三维重建方法

层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种先进的山区三维重建技术手段。然而,TomoSAR点云存在着较强烈的高程向定位误差,给高精度的山区三维重建带来了挑战。针对这个问题,该文提出了一种基于几何约束移动最小二乘(MLS)的高精度TomoSAR山区点云三维重建方法。该方法不仅具有传统MLS基于局部子空间思想进行复杂曲面结构拟合的优势,还可以充分地利用TomoSAR点云高程随地距单调递增的特点进行重建误差修正。首先,将点云投影到新的方位-地距-高程坐标系。然后,使用所提的基于迭代求解的几何约束MLS进行高程向定位误差修正。最后,通过投影变换得到山区三维重建结果。仿真和实测的机载阵列TomoSAR山区数据以及AW3D30 DSM数据和1:10000 DEM数据,验证了该文方法的有效性,同时表明了机载阵列TomoSAR用于山区高精度三维重建等应用的可行性和优越性。      

基于椭圆轨道的Geo-SAR精确多普勒参数解析计算方法

该文综合考虑了轨道偏心率、地球扁率和地球自转三方面的因素,推导得出高精度星载SAR多普勒中心频率和多普勒调频率解析式。鉴于2维姿态导引对于Geo-SAR的必要性,进一步分析了姿态导引后和零姿态导引两种情况下的多普勒参数,为Geo-SAR的多普勒参数计算提供了实用且有效的方法。该文得到的多普勒参数解析计算式适用于任意轨道高度和任意姿态的星载SAR,且具备很高的精度。基于该结论,研究了运行于椭圆轨道的Geo-SAR多普勒中心和多普勒调频率特性。     

Motion compensation using substrip PGA

MOtion COmpensation （MOCO） is an essential step in high resolution airborne Synthetic Aperture Radar （SAR） imaging.Generally,a reference altitude level is assumed and external Digital Elevation Model （DEM） is required for the scene topography heavily varied.To overcome the shortcoming,we propose a MOCO method based on Phase Gradient Autofocus （PGA） which can obtain well focused images without DEM.In the implementation,we first compensate the normal range-invariant term.Then the data are divided into strips in range-compressed domain and PGA is applied to each substrip to extract the phase errors.Finally,the phase error surface is obtained using interpolation and then compensated.Real airborne SAR data of a UAV-SAR system experiments and comparisons demonstrate the validity and effectiveness of the proposed algorithm.The results show that our algorithm is effective.     

Ocean Experiments And Remotely Sensed Images of Chemically Dispersed Oil Spills

A series of experiments was performed at sea where the effectiveness of dispersants applied from a helicopter was tested on fresh and weathered crude oils released from a surface research vessel. In conjunction with these experiments, remote sensing measurements using an array of airborne optical and microwave sensors were performed in order to aid in the interpretation of the dispersant effectiveness and to obtain quantitative images of oil on the sea under controlled conditions. Surface oil thickness and volume are inferred from airborne measurements using a dual-channel microwave imaging radiometer, aerial color photography, and an airborne oceanographic lidar. The remotely sensed measurements are compared with point sampled data obtained using a research vessel. The mass balance computations of surface versus subsurface oil volume using remotely sensed and point sampled data are consistent with each other and with the volumes of oil released. Data collected by the several techniques concur in indicating that, for the oils used and under the sea conditions encountered, the dispersant and application method are primarily useful when applied to fresh oil.     

基于BP算法和时变基线的机载InSAR数据处理方法研究

该文首先系统分析了传统机载InSAR数据处理方法由于波束中心近似和地形高程未知导致的相位误差问题,以及该相位误差对成像质量和高程精度造成的影响。其次,提出了基于BP算法和时变基线的机载InSAR数据处理方法,解决了波束中心近似带来的问题,并通过时变基线的干涉处理方法减小了地形高程未知导致的高程误差。最后,通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

机载圆周SAR成像技术研究

机载圆周合成孔径雷达(CSAR)作为一种新兴的成像模式,具有全方位观测、高空间分辨率和可三维成像等优点。随着CSAR成像技术的不断发展,现已逐渐成为对重点区域实施精确观测的有效手段之一。该文重点阐述了作者所在研究团队近年来在机载CSAR成像技术方面完成的研究工作,包括机载CSAR成像模型,空间分辨率评估,CSAR二维成像,基于单圆周CSAR的目标三维图像重构和多基线CSAR(HoloSAR)三维成像等技术,并给出了P, X两个频段机载CSAR的实测数据处理结果。已取得的研究成果证明了机载CSAR成像的有效性和实用性。该文主要内容基于作者2019年8月16日在“雷达学报第五届青年科学家论坛”上的学术报告。      

一种机载无源雷达组网定位技术

提出一种战斗机机载无源雷达组网协同测时差定位策略,分析了多机协同高度假设测时差定位算法以及其应用背景,仿真试验表明,该方法可以对电子侦察机等高空电磁辐射目标进行远距离精确定位,为对敌进行打击、干扰提供重要战术支持。与电子战飞机相比,利用战斗机机载雷达组网具有机动灵活、快速反应、攻防兼备的优势。     

基于CMT技术的非正侧面阵机载雷达杂波抑制方法研究

非正侧面阵机载雷达杂波谱与正侧面阵机载雷达杂波谱的主要区别在于它的杂波二维谱图随距离的变化而变化,杂波自由度相对增加,造成常规的统计型STAP杂波抑制方法不再适用.本文通过对非正侧面阵机载相控阵雷达杂波的分布进行详细的分析和研究,提出了一种基于CMT技术的非正侧面阵机载相控阵雷达杂波抑制方法.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

多角度遥感及其航空成像仪

从多角度遥感的原理出发,介绍了机载多角度光谱成像仪的设计思想和设计方法,通过航空飞行试验,验证了系统的设计思想,并获取了高性能的多角度多光谱图像数据。     

分集接收技术在海上升空通信中继系统中的应用

海上升空通信中继系统是解决海上广域无线宽带通信的重要手段,但其性能易受海面波动带来的多径衰落影响。为了有效提升中继系统接收信号质量,提出了一种多天线分集接收方法,通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现相应的接收处理。仿真分析及实验室测试表明,所提出的四天线分集接收技术能够带来近6 dB的合成增益。经海上对比试验验证,采用所提出的多天线分集接收技术的升空通信中继系统,其数据接收完整性提升了10%～20%,系统性能显著改善。     

机载短波天线间隔离度的全波分析

对飞机等复杂形体及机载短波天线进行全波ＦＤＴＤ数值模拟所需的数学建模方法的介绍,研究了机载短波天线间隔离度的分析计算方法,并以波音７０７－３２０Ｂ飞机为例计算了机上４付短波天线间隔离度。所用方法及所得结果可作为飞机电磁兼容分析与设计的手段和依据。     

Analysis of Airborne VHF/UHF Incidental Noise over Metropolitan Areas

The computation of VHF band incidental radio noise levels over the centers of several cities, based upon measured surface noise data, is performed and the results compared with airborne data at several frequencies, altitudes, and urban locations. The functional dependence of airborne incidental noise upon detector altitude is computed and compared with available VHF measurements. Comparison is also made between man-made surface noise power density obtained from both airborne and surface measurements. Finally, the use of airborne measurements for determining surface incidental noise distributions in urban areas is noted and discussed.