星载寄生式InSAR系统DEM重建问题

数字高程模型DEM重建是星载寄生式干涉合成孔径雷达InSAR信号处理的重要一步,是利用干涉图和卫星参数等来求解地面高程及位置。针对星载寄生式InSAR构成为双站的特点,在重建方法上进行了相应改进。通过分析重建方程组可知,重建高程精度对系统基线误差很敏感,对此提出了利用控制点来减小基线误差对重建高程精度的影响,并进行了定量分析。     

分布式小卫星干涉高程测量

干涉仪合成孔径雷达 (InSAR)可以对地面高程进行有效测量 ,产生高精度的地面数字高度模型 ,具有广阔的应用前景。编队飞行的小卫星星座技术具有许多优点 ,可以提供高精度测高所需的较长的有效基线 ,却不能提供完全平行的航迹。针对这个问题 ,分析了小卫星星座的实际轨道情况 ,提出两种信号处理方法 ,可以有效解决非平行航迹的干涉测高问题。理论分析和仿真结果证实了这两种方法的有效性。     

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.     

基于干涉Cartwheel编队构形的系统参数定标

干涉Cartwheel是实现星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)的一种编队卫星构形。它能利用相对稳定的星间基线进行干涉测高,并通过系统参数定标获得高精度的地面数字高程模型(DEM)。首先利用干涉Cart-wheel的几何构形,建立了多基线干涉平台待定标参数之间的关系。然后在精确的星间测距基础上,将待定标参数关系引入到各干涉平台定标方程中,提出了多干涉平台联合定标算法。该算法利用干涉Cartwheel构形的冗余信息,不仅能一次联合修正多个干涉平台的系统参数,而且降低了地面定标控制点的实现要求。仿真表明该算法能给出较好的参数定标结果,并重建出精确的地形高程。     

分布式SAR空间状态与测高基线的关联建模及误差分析

给出了测量坐标系下获得的基线矢量到分布式合成孔径雷达（SAR）测高所需基线矢量的转换公式,然后利用误差分析理论,建立了它们之间的误差传播模型,最后通过仿真,对影响分布式SAR测高基线确定精度的主要误差因素进行了详细分析。     

干涉式L形阵的二维高精度方向估计

为了提高常规L形阵测角精度,结合干涉测量理论与常规L形阵波达方向估计技术,提出了以干涉式L形阵来实现阵列孔径扩展,提高测角精度的方法。由于干涉阵的基线长度远大于半波长,合成方向图出现栅瓣,导致测角模糊。采用双尺度旋转不变子空间解模糊算法,以短基线得到的粗估计为参考,解长基线得到的精估计的模糊,从而得到高精度无模糊的方向估计。在分析干涉式L形阵的波达方向估计性能时,采用近似法计算方向余弦估计的均方根误差下界,同时分析了干涉阵的基线模糊门限与信噪比门限之间的关系。仿真结果验证了干涉式L形阵的有效性及方向估计的高精度性能。     

编队卫星InSAR空间基线修正的建模与精度分析

星载GPS接收机相对定位获得的编队星间基线,与用于星载InSAR测高的基线并不相同.给出了从GPS测量基线到InSAR测高基线的关联建模,包括天线相位中心与几何中心的偏差修正、GPS接收机到SAR天线的安装部位修正以及基线矢量的坐标系转换等环节.推导了基线的修正和转换公式,并进行了相应的精度分析.对于极限基线之内的宽编队,相位中心变化造成的基线差别在亚毫米量级,一些时刻达到与测高基线精度指标相当的厘米量级,必须加以修正;在编队中由于三轴稳定卫星之间的相对姿态数值通常较小,坐标系转换误差引起的基线修正误差在亚毫米量级.     

单星InSAR系统基线模型的误差传播与精度反演

基于由光学手段测得的单颗干涉合成孔径雷达卫星的支撑臂矢量,通过转换关系建立空间基线模型。综合考虑基线模型在安装、测量和卫星在轨飞行等各环节的误差源,包含卫星姿态误差、外部副天线姿态误差、安装位置地面标定残差、卫星与天线在轨变形量、测量系统轴向标定残差以及硬件设备的测量误差等。分析各自的误差特性,给出多种因素误差源对于空间基线的误差传播机理,推导传播过程中的误差演化特性;基于理论推演的结果给出测量设备合     

MEMS惯性高度尺测量精度分析

研究了基于微电子机械系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)的惯性导航系统的短时相对高程测量精度,设计了“惯性高度尺”算法,进行了桌面测高和楼层测高两个验证性实验。分析了不同运动条件和运动时间下“惯性高度尺”的测高精度。基于零速修正技术提出了一种分段测量的方法。实验结果表明,桌面测高可实现毫米级精度(相对误差0.17%),楼层测高可实现多层厘米级和单层毫米级测量精度(相对误差分别为0.22%,0.06%)。测量误差与载体的姿态动态和运动时长成正相关。实验验证了MEMS惯导用于高度测量具有较高可行性,稳定的运动条件和较快的测量时间能够提高测量精度。     

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.     

基于回波数据的机载双天线InSAR运动补偿

基于定位定向系统(position and orientation system,POS)测量数据实现补偿不适用于基线非刚性的系统,因而研究了基于回波数据的干涉相位误差补偿方法——频谱分割方法,分析了干涉相位误差与载机姿态变化造成的斜距误差之间的关系,阐明了算法原理及适用条件.分析了算法的关键参数对补偿精度的影响,提出定量化的选取标准.基于相位误差随距离向变化的模型,改善了算法精度,给出了算法流程.最后利用该算法处理了实际机载双天线InSAR数据,结果表明该方法具有较高的精度,可以在缺乏测量数据的情况下完成干涉相位误差补偿.     

干涉合成孔径雷达成像技术的研究

通过对干涉合成孔径雷达（ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｉｃ Ｓ Ａ Ｒ）成像处理中解相位模糊和地形转换问题的研究,给出了一种有效的相位解模糊的方法,该方法具有良好的稳定性和较小的误差,且无误差传递。另外,提出了一种如何将干涉相位转换成地形高度的方法,该方法提高了干涉相位与地形高度之间的转换精度。利用美国 Ｎ Ａ Ｓ Ａ 提供的三峡地区的 Ｌ 波段的 Ｓ Ｉ Ｒ Ｃ的并行轨道数据,结合所提的方法,得到了局部区域的相对高度图。     

相对姿态匹配传递对准方法

传统的姿态匹配传递对准需要主、子惯性测量单元 (inertial measurement unit, IMU)分别惯导解算,得到两个姿态向量或姿态阵构造观测量。提出利用主、子IMU输出直接解算主、子IMU之间的相对姿态来构造匹配量的一种新的传递对准方法。首先推导了主、子相对姿态矩阵微分方程,并给出求解方法,得到的相对姿态矩阵计算值与初始相对姿态矩阵相乘作为观测信息;然后推导建立了相对姿态的误差方程,由此给出了传递对准状态空间模型;最后讨论建立了仿真验证环境,仿真结果表明,子陀螺精度为1（°）/h时,子IMU对准精度可以达到3′以内,并在10 s内迅速收敛。该方法同时适用于精确确定大角度或小角度的子IMU相对姿态,为关键位置实时高精度姿态基准的建立提供了技术参考。     

基于微动调制的InSAR有源干扰方法

鉴于微动调制能够有效地对合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）进行干扰,研究基于微动调制干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）有源干扰方法。基于InSAR信号模型研究了微动调制干扰对InSAR的干扰原理,进一步分析了干扰效果与关键干扰参数之间的关系,并利用仿真进行了验证。研究表明,该干扰方法能够在InSAR图像中形成沿方位向分布的形似“连续的栅栏”或“离散的栅栏”的多假目标,“栅栏”的间隔和长度由微动调制参数决定,“栅栏”的高度由干扰机的高度和发射功率共同决定。     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

基于三轴转台误差分析的IMU标定方法

为了减小三轴转台误差对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)误差模型系数标定精度的影响,提高IMU在三轴转台上的标定精度,首先分析了三轴转台各误差源,给出了陀螺仪和加速度计的输出与转台的位置、姿态误差之间的关系。据此设计了正十二面体-20点的位置和速率试验计划。该方法能同时辨识出IMU的误差模型系数以及转台误差源,自动补偿了三轴转台的误差,提高IMU误差模型系数的标定精度。最后对理论分析结果进行仿真验证,给出了转台误差与IMU误差模型系数标定误差之间的关系。