基于摄动的不稳定编队协同控制系统仿真

编队卫星构形精确保持是实现分布式卫星任务的关键技术。基于摄动对编队相对轨道构形的影响,针对卫星轨道半长轴有偏差的不稳定编队,设计了一种基于视线测量无主星编队的循环协同控制系统。编队中每一颗卫星跟踪自己轨道前方邻近卫星,产生一个视线测量矢量,编队的第一颗卫星追踪最后一颗卫星,产生循环编队,将编队卫星之间的视线距离作为反馈控制量来实现队形控制,文章给出了相对摄动力方程和控制系统的仿真算例,仿真结果表明,该循环协同控制系统能够实现队形控制的稳定性。     

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。     

微小卫星编队系统的干涉SAR 空间基线稳定性分析

基线在星载干涉SAR的系统设计和数据处理中起着非常重要的作用,对于微小卫星编队系统来说稳定性问题是干涉SAR空间基线的一个重要问题.首先建立了空间基线的几何模型,定义了垂直基线、有效基线和水平基线.根据微小卫星编队飞行的特点,建立了空间基线的动态模型.基于这个模型,提出了一种空间基线稳定度的计算方法.最后,比较了不同编队构形和不同卫星数目两种憎爱分明形下空间基线稳定度.仿真结果表明空间基线稳定度的计算方法是有效的.     

J2摄动影响下的卫星编队稳定性分析、仿真与构形设计

从坐标变换矩阵入手，得到小偏心率参考轨道卫星编队较精确的相对运动分析解，继而深入地分析在地球J2项摄动影响下编队构形的破坏机理并对构形破坏做出层次上的划分，为进一步地研究编队构形保持与控制方法提供思路；以此为基础，提出使卫星编队构形稳定的轨道约束条件，同时得到基于三轴(即参考卫星轨道的径向、沿迹向、轨道面法向)振动同步的编队构形设计方法；最后，通过使用STK软件的数值仿真证实了以上分析的正确性和方法的有效性。     

主星带伴随微小卫星编队SAR系统的模糊性分析

针对主星带伴随微小卫星编队SAR系统的模糊性问题,利用主星带伴随微小卫星编队SAR系统的空间几何关系,提出了一种该系统模糊度的工程计算方法。首先建立了主星与微小卫星构成的双站合成孔径雷达系统模型,然后结合微小卫星天线孔径小的特点,建立了距离模糊度和方位模糊度的计算表达式。仿真结果发现,主星到伴随微小卫星的距离对距离模糊度的影响较大,而对方位模糊度的影响较小,方位模糊度受微小卫星天线孔径大小的影响较大。     

J2摄动下编队构形保持脉冲控制方法

针对卫星编队轨道构形在J2摄动干扰作用下被破坏的问题，给出了两种构形保持脉冲控制策略。首先，分析J2摄动对编队卫星相对轨道要素的影响，即J2摄动使相对升交点赤经、近地点辐角和平近点角产生长期漂移。然后，结合高斯摄动方程，分别设计了切向加法向脉冲和径向加法向脉冲两种控制方法修正从星升交点赤经、近地点辐角和平近点角的偏差，从而实现卫星编队的构形保持。数值仿真结果表明，两种方法都能够有效地修正编队构形偏差，且采取切向加法向脉冲的构形修正方式更有利于节省燃料消耗。     

斜视情况下的分布式卫星

基于分布式卫星编队合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)实现对地干涉测量存在斜视的情况,分析了斜视角对分布式卫星干涉合成孔径雷达(interferometic SAR, InSAR)地面数据处理的影响,并在此基础上提出通过偏置成像多普勒中心和对成像结果进行线性相位补偿,能够有效减小甚至消除此影响,进而提高数字高程模型的精度。这种方法具有简单和高效的优点。最后,计算机仿真结果验证了本文分析的正确性和方法的有效性。     

卫星编队构形重构的螺旋控制策略

系统地探讨利用螺旋控制策略实现卫星编队的构形重构问题，并给出等速螺旋控制、加速螺旋控制、对数螺旋控制、加速对数螺旋控制等几种可行的控制策略．首先将相对运动方程的解看作某种螺线，代入到Hill方程中，推导出控制律，并进行仿真分析；继而通过理论推导，探讨初始状态和构形重构时间对重构结果的影响，给出构形重构条件；然后对各种螺旋控制策略进行比较；最后通过一个三星编队的构形重构实例，验证了利用螺旋控制策略实现卫星编队构形重构的优良性能。     

编队干涉SAR系统空间构形倾角确定准则研究

基于直角坐标系三维相对位置表示系统空间基线,提出了编队干涉SAR系统的构形倾角选择原则.以编队系统相对运动特性为出发点,从InSAR成像几何角度建立了编队干涉SAR系统高程测量模型并推导了系统高程测量误差影响模型.进而,给定空间基线各分量测量误差,在有效基线和投影基线固定情况下分别推导了系统构形倾角与高程测量误差的关系并进行了理论分析.数学仿真结果表明:当系统有效基线长度固定时,可以近似认为系统构形倾角不影响高程测量精度;当系统垂直于飞行轨迹向投影基线固定时,取系统构形倾角近似等于雷达波束中心视线角可以使基线测量误差对高程测量精度影响最小.     

自主运行卫星编队构形重构控制策略仿真分析

采用模糊逻辑控制器与LQR相结合的控制策略来解决自主运行卫星编队构形重构问题。首先,基于Hill方程,利用LQR理论设计控制器;然后,设计模糊逻辑控制器,利用编队运行中的导航信息、通信信息以及任务优先级信息,对控制器增益进行模糊调节。该控制策略可以有效实现编队构形重构,且能在燃料消耗量与任务优先级和构形差异之间达到折衷。仿真结果表明了方法的有效性。     

星载双基地SAR空间几何关系和信号模型

为了研究星载双基地SAR系统成像的相关问题,必须先建立其回波信号模型。根据星载双基地SAR雷达与目标的空间几何关系,确定了其多普勒参数表达形式,在此基础上建立了星载双基地SAR回波信号数学模型。通过仿真计算分析了信号模型中距离模型的误差,结果表明,误差对成像的影响完全在可接受的范围以内。将建立的信号模型应用于成像处理,成像结果正确,证明了回波信号模型的实用性。     

基于Keystone变换的地面运动目标检测研究

合成孔径雷达 (SAR)在检测地面运动目标中所面临的难题之一是距离和速度的耦合导致了地面运动目标在SAR图像中模糊、错位、甚至消失。分析了Keystone变换的原理 ,提出了Keystone变换在一般正侧式SAR系统具体实现的方法与步骤 ,分析了Keystone方法对不同运动类型目标成像效果的修正作用。最后通过仿真证明了实现方法和分析结果的正确性。     

分布式星载合成孔径雷达顺轨干涉动目标检测

主要研究分布式小卫星载合成孔径雷达顺轨干涉(SAR-ATI)动目标检测算法,通过建立卫星轨道、编队、地面静止及运动点目标模型,分析星载SAR-ATI动目标检测的流程图,仿真地面目标回波信号并成像。实验证明了在目标径向速度相对雷达平台航向速度不是很大、目标聚焦良好的情况下,ATI动目标检测方法的有效性。     

单天线SAR动目标的检测和聚焦

单天线SAR运动目标检测系统具有结构简单、算法容易实现等特点,它的运动目标检测性能的完善很有应用意义.首先建立了运动目标SAR回波模型,结合单天线SAR运动目标检测系统,提出了一种基于频域对称扰动的能够对具有方位向速度的运动目标检测的新方法,在详细分析运动目标散焦程度和方位向速度关系的基础上,给出了检测原理以及实现检测的方法.对检测到运动目标的距离门单元,提出了用基于图像域的偏移自聚焦算法估计动目标的调频率,进而完成运动目标在SAR图像上的聚焦成像.并用计算机仿真结果和实测数据验证了算法的有效性.     

星载双站SAR运动目标加速度检测和估计

星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR)用于动目标检测和参数估计时,忽略动目标加速度的影响将会导致沿航迹速度估计的较大误差。给出了星载双站合成孔径雷达检测和估计地面运动目标加速度的算法,该算法主要利用运动目标相对于工作在Tandem模式下的星载双站SAR具有不同相对径向速度的原理,利用三孔径星载SAR估计径向速度的算法,估计出相对于星载双站SAR的不同径向速度。根据这两个径向速度和SAR视角之间的关系,计算出动目标运动方向和常数项切向速度,最后根据估计的调频斜率计算出切向加速度和径向加速度。仿真结果表明,该算法能正确地估计出具有加速度的动目标速度参数。     

稀疏场景下SAR方位向随机丢失数据的迭代成像算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)方位向随机丢失部分数据导致目标模糊和能量分散的问题, 提出基于稀疏优化理论的重建成像方法。该方法主要针对稀疏观测场景的SAR方位向随机缺失数据的回波信号进行成像处理, 利用SAR回波模拟算子, 避免了二维回波信号矩阵变成向量的操作, 从而减小了内存占用和计算量。所提出的基于SAR近似观测模型的迭代优化重建算法能够实现对观测目标幅度的高精度重建。和传统基于匹配滤波的SAR成像算法相比, 提出的算法能够明显地消除SAR方位向随机丢失部分数据引起的目标模糊和目标能量分散。和迭代软阈值收缩算法相比, 提出的算法重建的目标幅度误差更小。理想的点目标回波数据和真实的星载SAR稀疏观测场景的回波数据处理表明了所提算法在减少重建目标误差、提高观测目标区域的目标背景比等方面有较大的优势。     

基于高超平台前斜视SAR双通道杂波抑制方法

针对高超平台前斜视合成孔径雷达地面动目标检所面临的许多问题:巨大的距离走动量和多普勒中心偏移、严重的距离-方位二维耦合、回波信号的多普勒频谱折叠以及包络偏移等,本文提出了一种基于高超声速平台前斜视SAR双通道杂波抑制方法。首先进行距离走动校正和距离脉压,完成距离-方位二维解耦合,并补偿距离向通道相位偏差实现距离向包络对齐;然后进行三阶方位线调频傅里叶变换(chirp Fourier transform, CFT)充分压缩回波信号的多普勒带宽,并补偿方位向通道相位偏差实现方位向包络对齐;最后,在距离脉压-方位CFT域通过偏置相位中心天线方法抑制静止杂波并保留运动目标回波。该方法可以解决回波信号方位多普勒谱折叠的问题,还可以将运动目标的最小可检测速度减小一半。     

基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法

时间序列帧星空图像中弱小目标的检测是天基监视地球同步轨道卫星需要解决的关键技术之一,星图中的背景杂波抑制与小目标分割对运动目标的检测与精确测量是至关重要的。针对这一问题,提出了一种基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法。首先采用最小二乘拟合方法得到高斯背景均值和标准差;然后利用小区域滤波抑制背景杂波;最后利用固定阈值滤除灰度过小像素点。实验结果表明,该算法能够较好地保持恒星和运动目标的边缘,为恒星和运动目标的快速定位奠定了基础。     

Method of moving target detection based on sub-image cancellation for single-antenna airborne synthetic aperture radar

The method of moving target detection based on subimage cancellation for single-antenna airborne SAR is presented.First the subimage is obtained through frequency processing is pointed out.The imaging difference of a stationary objects and moving object in the subimage based on the frequency division is analyzed from the fundamental principle.Then the developed method combines the shear averaging algorithm to focus on the moving target in the subimage,after the clutter suppression and the focusing position in each subimage is obtained.Next the observation model and the relative movement of the moving targets between the subimages estimate the moving targets.The theoretical analysis and simulation results demonstrate that the method is effective and can not only detect the moving targets,but also estimate their motion parameters precisely.     

一种新的双通道运动目标测速定位方法

利用双通道合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据的协方差矩阵的第二特征值,可以有效地检测地面运动目标。在此基础上,提出一种新的运动目标测速定位方法,该方法通过提取双通道SAR数据的协方差矩阵非对角元素相位信息来对运动目标进行测速和定位。仿真数据和实测数据都验证了该方法的有效性,实验结果表明该方法的测速精度优于传统沿航迹干涉(ATI)方法。