星-弹双基SAR建模及成像特性分析

针对星-弹双基合成孔径雷达(SMB-BiSAR)这一特殊成像结构,根据卫星-导弹的空间几何模型,对收发平台的成像模型进行矢量描述,得到目标的距离历程以及回波信号模型。然后,利用距离等值线与多普勒等值线的正交关系,对接收站的飞行路径约束条件进行分析,并根据距离分辨率和多普勒分辨率与两者梯度的关系,得到SMB-BiSAR空间分辨率的计算公式。仿真实验表明:通过合理地规划导弹的飞行路径,SMB-BiSAR具备对目标区域的大前斜和前视高分辨成像的能力,并且其空间分辨率受双基几何构型影响较大。发射站和接收站位置夹角越大,距离分辨的效果越差;当二者位置重合时即单基模式,距离分辨率效果最佳。而发射站和接收站运动方向的夹角越大,方位分辨率越差。当二者运动方向相同时,方位分辨率效果最佳。     

任意构形双基SAR的频域分析与成像

任意构形双基SAR由于其灵活性等特点,成为SAR的重要研究方向之一,一种典型的任意构形双基SAR就是星机混合模式．任意构形双基SAR的斜距历程是发收斜距历程的双根号之和,且具有距离和方位二维空变特性,在建立点目标的频率域模型方面遇到了新的困难．由于发收斜距历程的差异,它们对总的瞬时Doppler频率的贡献是不同的,随距离、方位和Doppler历程而变化．因此,文中在建立任意构形双基SAR点目标频域模型时引入了代表发收雷达对总的瞬时Doppler频率贡献差异的双基参数——瞬时Doppler贡献比,并根据其物理意义求得了它随发收平台运动参数、目标位置和频率变化的近似解,然后利用驻定相位原理和Taylor级数展开法建立了具有任意构形特性的双基SAR点目标的频域模型．并对此频域模型的距离向和方位向的空变性进行了分析,给出了解决任意构形双基SAR成像时二维空变问题的chirp—z频率域成像算法．最后通过机载和星机构形下的仿真验证了此频域模型的准确性和成像方法的有效性．     

大椭圆轨道SAR滑动聚束模式设计及斜距模型

针对大椭圆轨道合成孔径雷达存在大偏心率,时变轨道高度及时变卫星速度等特性,首次开展了大椭圆轨道SAR滑动模式设计研究.对大椭圆轨道SAR滑动聚束模式设计,考虑了不同轨道位置处不同分辨率改善因子、地面波束足迹一致性、天线扫描角度、天线扫描角速度等.对大椭圆轨道SAR滑动聚束模式回波斜距模型研究.仿真分析结果表明大椭圆轨道SAR滑动聚束模式参数需要随轨道位置变化进行调整,为了满足成像需求斜距模型需要展开到三阶.      

一种双基SAR的SR-ECS成像算法

由于双基SAR的斜距历史和几何关系比单基SAR复杂得多,因而其成像难度较大．文中首先通过级数反演法计算得到了目标的二维频谱,接着通过双基参数的数值近似得到了距离空变量的解析表达式,在此基础上,提出了一种适用于平行等速双基SAR的SR-ECS（series reversion-extended chirp scaling）成像算法．理论分析和实验结果表明,该算法的适用范围广、精度高并且运算量小．     

基于GNSS卫星信号的多基SAR系统性能

为解决基于GNSS卫星信号的星机多基SAR系统信噪比低的问题,提出几种改善系统信噪比的方法.分析了GNSS卫星信号源的信号特性及GPS信号的雷达模糊函数,研究其作为多基SAR系统发射信号的适用性,推导了雷达方程,并分别对点、面目标的信噪比进行分析.结果表明:作为系统照射源的GNSS信号具有良好的距离、速度分辨特性.采用适当的信号处理方法,可有效改善系统信噪比,满足多基SAR成像的要求.     

高分辨率星载SAR非走-停假设下回波仿真

SAR回波仿真对于其信号处理算法的研究和开发有着重要意义.在星载高分辨率SAR系统中,由于电磁波传播路径较长,雷达平台速度较快,传统的走-停假设下的双曲斜距历程已不能满足高精度的SAR回波模拟的要求.综合考虑了椭圆轨道偏心率和地球自转两方面的因素,采用二分查找思想,给出非走-停假设下回波仿真中的斜距历程数值求解方法,并讨论了高分辨率星载SAR中,基于走-停假设的传统回波仿真方法中的斜距历程与文中求解的斜距历程的差异.验证了所提出仿真方法对超高分辨率星载SAR的有效性.     

双站移不变SAR成像的一种通用等效单站RD算法

根据双站移不变SAR的空间几何模型,论文推导了一个精确的双站SAR斜距公式,它由一个等效单站斜距和斜距补偿量之和构成,能够精确描述双站SAR的距离历程.从该公式出发提出了一种双站SAR的等效单站RD算法,在无需推导双站SAR信号二维频域表达式的情况下,通过引入斜距补偿,就能够利用该算法对双站SAR数据进行有效成像.仿真结果表明,这种双站SAR成像的等效单站RD算法对于聚焦串行和并行双站SAR数据都是非常有效的,适合于X波段双站移不变SAR的数据处理.     

平移不变模式双基地SAR级联成像方法

提出了一种适用于平移不变模式双基地SAR(Bi-SAR)的级联成像方法.首先利用平移不变Bi-SAR的几何关系,对其方位多普勒频率进行分解,得出了一种新的平移不变Bi-SAR频域点目标响应表达式.基于该表达式,将平移不变Bi-SAR回波信号方位向的分析和处理分解为两个独立的单程单基地SAR点目标响应处理过程,简化了平移不变Bi-SAR的系统分析和信号处理,而且该方法有利于将单基地算法向双基地的移植和算法的工程实现.仿真试验验证了级联成像方法对平移不变Bi-SAR目标回波成像的有效性.     

基于修正斜距模型的GEO SAR远地点的CS成像算法

针对地球同步轨道SAR（GEO SAR）卫星的轨道曲率大,若使用传统直线斜距模型,将不能正确地描述卫星处于远地点时场景目标的“近远近”斜距历程,建立了一种曲率为负的修正斜距模型. 该模型能够准确地描述远地点目标的斜距历程;基于该修正的斜距模型精确地推导了GEO SAR远地点回波信号的二维频谱表达式,并给出了一种适用于GEO SAR远地点成像的修正CS成像算法;在方位向成像处理时补偿随距离线性变化速度引起的空变相位,实现GEO SAR较宽的成像幅宽的聚焦处理. 并通过场景尺寸为100 km×100 km点阵的GEO SAR成像处理,验证了该基于修正斜距模型的CS成像算法的有效性.      

星载SAR方位向频率与多普勒频率的差异及其对成像分辨率的影响

为研究一种典型双基地结构SAR的精细成像算法.通过精确的方位频率表达式,详细比较了多普勒频率与方位频率的区别和联系.以往在合成孔径成像处理中通常以成像单元的多普勒频率代替方位频率,对实际精细成像的方位分辨率影响不大,误差一般都在4%以内;但是,在大的斜视角、大的发射信号调频率、波长较长等参数条件下如果忽略2种频率的差异有可能引起高达10%甚至27%以上的方位分辨率误差.只有针对不同参数的SAR系统和不同的成像精度要求,才能确定是否可以用多普勒频率代替方位频率.仿真结果验证了本文方法的有效性.     

基于相位扫描的GEO SAR多普勒中心频率高精度补偿方法

分析了地球自转和椭圆轨道对地球同步轨道星载合成孔径雷达(GEO SAR)多普勒中心频率的影响.在平台坐标系下推导出了二维偏航控制所需的偏航和俯仰角度的解析表达式;并结合GEO SAR偏航角度大、下视角变化范围小、平台转动难和稳定难等特点,提出了由小角度的二维相位扫描方法来完成GEO SAR多普勒中心频率的高精度补偿方法,实现了GEO SAR的偏航控制.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于惯导及原始数据的多普勒参数估计

为了解决平台存在高速俯冲运动时合成孔径雷达(SAR)的杂波锁定问题,提出一种基于惯导及原始数据的改进多普勒中心估计方法.该方法通过高精度惯导提供的姿态及速度信息来估计出多普勒模糊数,并结合原始回波数据对多普勒中心频率的小数部分进行精确估计,在两者的共同作用下可以估计出高速俯冲运动下SAR的多普勒中心频率偏移.仿真结果表明,在惯导数据存在一定误差时,该方法估计得到的多普勒中心频率精度优于直接用惯导数据的估计结果,计算量优于仅依据原始回波数据的估计方法.     

基于深度展开的SAR大斜视RD成像算法

大斜视角条件下的合成孔径雷达SAR回波信号具有方位向和距离向严重耦合、大距离徙动等特点,采用常规的距离多普勒RD算法成像,会引起方位向的散焦以及空变等问题。为了改善大斜视SAR在成像过程中存在的问题,提出了一种基于深度展开网络的SAR大斜视可学习距离多普勒成像方法。该方法将RD成像方法与深度学习结合,利用RD成像的步骤构建了基于深度展开网络的RD学习成像网络结构,将回波数据作为网络输入来学习回波数据到大斜视SAR图像的成像过程。首先,在分析大斜视SAR回波信号模型的基础上确定了网络成像过程中的可学习参数;其次,根据成像过程设计大斜视SAR成像网络;最后,通过非监督训练的方法对网络进行训练,最终输出学习成像结果。点目标和面目标仿真结果表明,该方法可以有效抑制旁瓣,提高成像精度和计算效率,满足SAR在大斜视角下的成像要求。     

机载SAR成像运补中陀螺仪量化误差影响研究

在机载SAR运动补偿中陀螺仪的脉冲计数量化噪声是IMU解算误差的影响因素之一,不合理的脉冲当量值会对后续运补造成一定的影响。论文通过建立陀螺仪的量化噪声模型,从理论上推导了量化噪声经惯性解算后的统计分布,并通过成像仿真分析了量化噪声对不同波段SAR成像分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比的影响。仿真结果表明量级为 角秒/脉冲的陀螺仪脉冲当量可以满足SAR成像指标要求,从而可以作为平均意义上SAR系统的最优选择。     

Stewart六自由度并联平台动力学模型振动分析

为提高Stewart六自由度并联减振平台控制精度,采用力学分析、旋转矩阵等方法构建了减振平台的速度特性和加速度特性等动力学分析模型和Adams虚拟样机模型,并对该平台在瞬态激励下上端载物平台的位移输出情况、速度情况和加速度情况以及固有特性进行了振动仿真分析.结果表明:1)上端平台的响应较小,最大的位移出现在0.7s左右且能够很快地保持稳定;2)Stewart六自由度并联平台的一阶固有频率较小,低频特性较好,且在大范围的频率段范围内响应稳定.     

弹载滚转稳定平台运动稳定性分析及试验验证

适用于高过载、高旋转弹药的滚转稳定平台有效解决了该类弹药的导航参数测试问题。该平台基于复摆运动原理设计,通过分析内弹道环境下平台的抗过载能力,以及在外弹道飞行过程中平台受力状况,对其内筒运动稳定性的影响,设计了轴向负荷承载区的过载转移装置。建立了平台在弹载环境下内筒运动的微分方程。通过对弹药的气动力仿真,以及系统动力学模型的计算,得到平台内筒滚转角速率与角度变化曲线;并在冲击台与高速飞行仿真转台上进行相应验证试验。试验结果与计算结果对比,表明平台可抗过载10 000g,且弹载环境下内筒作小幅的往复摆动,符合复摆的运动规律,其运动状态稳定。     

基线长度对多视角观测提高距离分辨率的影响分析

在多视角观测提高合成孔径雷达(SAR)距离分辨率中,基线长度的选择至关重要。本文在深入分析频谱偏移原理的基础上,研究基线长度对成像结果的影响原理,通过仿真分辨率、PSLR、ISLR指标随基线长度变化的规律验证了分析结果,并得出多视角观测提高SAR距离分辨率中基线长度的选取原则,对实际工程实现具有一定的指导意义。