运动学辅助GPS实现SAR卫星姿态测量算法

针对姿态对星载SAR成像质量的重要影响,提出一种借助于SAR卫星姿态运动学特性和GPS宽波载波相位信息进行SAR卫星姿态测量的算法。该算法利用SAR卫星运动学模型建立状态方程,借助于GPS宽波载波相位姿态测量方程和SAR卫星姿态矩阵的特性建立观测方程,用卡尔曼滤波算法求解SAR卫星的姿态参量。给出算法的详细描述和仿真,仿真表明算法可以提供高精度SAR卫星姿态测量值。     

星载合成孔径雷达数据仿真研究

针对星载SAR原始回波数据模拟，建立了卫星姿态扰动模型，提出了一种距离迁移校正方法。同时给出了卫星姿态扰动、量化、噪声对原始回波数据产生的影响的模拟结果，以及距离迁移校正、方位加权对信号处理的模拟结果。这将有助于优化成像处理算法与SAR系统参数等方面的工作。     

矢量法确定星载SAR多普勒参数

用矢量法对星载SAR的Doppler参数进行分析.从卫星的地理位置出发,建立了卫星运动特性同空间的几何关系,推导出多普勒质心、多普勒斜率的矢量计算公式.给出了仿真结果,描述了卫星的运动状态同星载SAR成像质量的关系.     

初始姿态精度对SAR成像分辨率的影响

分析了合成孔径雷达SAR运动补偿用惯导初始对准误差对SAR天线相位中心运动参数测量精度以及成像分辨率的影响.通过建立惯性器件误差→惯导初始自对准精度→SAR成像分辨率三者之间的量化映射关系,可以直观地发现,SAR合成孔径起始时刻姿态误差对成像分辨率的影响较之初始位置、速度误差更为严重,并分析指出不同方向的初始姿态误差对SAR成像分辨率的影响并不相同,由此进一步分析了SAR运动补偿系统惯导器件对成像分辨率的影响.经过单个点目标SAR成像(RD算法)仿真验证了该方法的正确性.     

卫星滚动角误差对星载SAR距离向DBF影响

在研究星载SAR距离向数字波束形成实现宽测绘带原理的基础上,分析卫星滚动角误差对星载SAR宽测绘带距离模糊的影响,主要是天线波束中心在距离向移动造成的,并使用零陷展宽技术展宽距离向天线方向图零陷宽度,有效地减弱卫星滚动角误差带来的影响,从而减小距离模糊,提高宽测绘带的成像质量.仿真结果表明了分析的正确性.     

成像侦察卫星识别目标能力分析

为分析成像侦察卫星的作战效能,针对光学成像侦察卫星和SAR卫星,建立了卫星识别目标的概率模型。在光学成像侦察卫星识别目标能力的模型中,引入效用函数确定由于光照、对比度、气象、卫星姿态稳定度等因素对其识别目标概率的影响。在SAR卫星识别目标能力的模型中,利用等效分辨率,并考虑了其识别目标的效用。仿真结果表明利用所建模型得到的结果与侦察实践的结果基本一致。     

星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同

研究星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同问题。首先,简介主SAR卫星与伴随卫星编队所构成干涉测量系统的工作原理,当主SAR卫星施加偏航导引补偿多普勒频移时,为实现波束指向同步,伴随编队需进行构形与姿态的协同控制。给出协同控制框架结构图,通过设置轨道协同规划器与姿态协同规划器明确了解决方案;进而从构形规划、姿态规划、构形与姿态协同控制三方面具体地阐述伴随编队的协同控制技术。最后对构形保持、姿态规划和姿态控制进行数值仿真,结果表明伴随编队的协同控制满足波束指向同步要求,所提出的协同控制方案具有可行性。     

基于空间几何模型的星载SAR图像几何定位方法

星载SAR几何定位可以通过求解由三个约束条件组成的方程组来实现,但需要迭代运算.针对这一问题,将多普勒信息约束条件转化为卫星与目标之间的斜视几何关系,结合斜距方程和地球方程两个约束条件,建立了星载SAR空间几何模型.通过该模型实现了星载SAR图像像素的几何定位,并通过仿真数据对该方法进行了验证,同时对定位精度进行了仿真分析.     

用GPS数据进行机载SAR运动补偿处理

针对真实飞行条件下飞机运动和定位误差降低图像质量的特点,提出了用四个GPS(global positioning system)组合测量来确定飞机姿态参数的新方法,具体实现方法是使用一个主接收机送飞机各个部分的微分修正量给辅助接收机,三个辅助接收机送回基线向量,给出了实现该方法的具体步骤。并通过此方法实现了机载SAR(synthetic aperture radar)的实时姿态确定,结合距离-多普勒成像算法进行机载SAR数据的运动补偿处理。试验表明利用四个GPS提供的运动参数对具有大运动误差的SAR数据运动补偿后,能得到高质量的高分辨率SAR图像。     

星载合成孔径雷达(SAR)空间几何关系误差分析

本文以星载ＳＡＲ卫星平台和地面目标的空间几何关系为基础,给出了星载ＳＡＲ多普勒参数数学模型,分析了卫星运动、平台姿态、地球旋转、目标高度等几何参数误差对测绘带上的多普勒参数、零多普勒偏移、目标位置等星载ＳＡＲ处理参数的影响,说明了采用“偏航调整”方法（ｙａｗｓｔｅｅｒｉｎｇ）,可以使天线波束中心位置指向零多普勒方向而降低多普勒中心频率。最后以航天工业总公司论证的Ｃ－ＳＡＲ系统参数进行了仿真实验,计算结果与理论分析相吻合。     

对合成孔径雷达卫星信号侦察建模与仿真分析

根据SAR卫星天线波束方位向方向性图的特点,建立了SAR卫星天线方位向增益模型,并根据SAR卫星的运动规律,推导了对SAR卫星旁瓣进行侦察的侦察方程。建立了对SAR信号侦察场景模型以及算法流程,仿真计算了在给定跟踪时间的情况下,实现对卫星信号侦察对地面侦察设备的要求。     

基于对偶数和改进EKF的敏捷卫星姿态确定算法

针对对地观测敏捷卫星的大角度/位置的快速机动、高精度控制的任务需求,提出了一种敏捷卫星姿态确定算法。该算法利用对偶四元数推导出敏捷卫星运动学模型,并建立陀螺、星敏感器测量模型。通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用自适应迭代扩展式卡尔曼滤波(adaptive iterated extended Kalman filer, AIEKF)算法对敏捷卫星的运动状态进行估计。仿真结果表明,所设计的算法能够有效估计系统状态噪声、测量噪声以及陀螺常值漂移,卫星的姿态角估计误差和角速度估计误差收敛至零,验证了算法的有效性。     

超宽带合成孔径雷达方程研究

超宽带雷达的相对带宽极大 ,波长变化范围大 ,带内系统特性也会随波长发生变化 ,常规雷达方程已不再适于超宽带雷达。从超宽带雷达天线、UHF/VHF波段接收机噪声温度以及最小可检测的信噪比三个方面研究了超宽带合成孔径雷达方程。修正了超宽带合成孔径雷达方程 ,消除了雷达方程中波长因子的影响 ,为超宽带合成孔径雷达的系统设计奠定了基础。     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,建立了相应的误差模型和系统观测模型 ,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

卫星姿态系统的抗干扰完整性容错控制

研究了一种线性不确定系统的完整性容错控制问题。针对卫星姿态系统中的执行机构完全失效故障,采用4个反作用飞轮结构进行姿态控制,利用Riccati方程和线性矩阵不等式组,提出一种具有抗干扰特性且对执行机构完全失效故障具有完整性的状态反馈容错控制设计方法。在此基础上进一步得出该控制器可以用于更多种故障形式的结论。最后在卫星姿态系统上对此方法进行了数学仿真,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于MRPs的卫星集群系统姿态对抗一致性控制

小型卫星集群协同控制是当前空间技术发展的热点之一, 卫星集群控制可归结为多智能体控制问题。面向卫星集群系统的分组姿态控制, 引入一致性以及对抗一致性问题, 提出了卫星系统姿态对抗一致性控制方法。卫星组网系统姿态对抗一致性控制目标是使卫星分组达到姿态对称的状态。以无向图描述姿态对抗卫星集群的通讯拓扑结构, 利用修正型罗德里格斯参数方法描述卫星刚体运动姿态, 设计了一种基于多智能体协同控制理论的三维空间卫星集群姿态对抗一致性控制律, 并采用Lyapunov稳定性理论证明了其稳定性。最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性。