MIMO下视阵列SAR位置偏移误差分析

首先借助GPS系统的3个平移分量,根据等效相位中心原理,详细推导了MIMO下视阵列SAR整体误差模型;其次在忽略姿态角误差影响的前提下,重点分析了各个独立平移分量对成像结果的影响程度,得出了高程向误差分量影响最大的结论;最后通过分别加入相同大小高程向和跨航向误差分量的仿真数据的三维成像实验,验证了结论的正确性。实践证明,MIMO下视阵列SAR作为一种新体制三维SAR系统,在高楼耸立的城市测绘领域具有重要的应用价值。     

MIMO下视阵列SAR阵列抖动误差补偿算法

根据机翼抖振理论,将飞机机翼以机身为对称轴一分为二。每个虚拟阵元看作一个质点,构建了简易的阵列抖动误差模型,提出了MIMO下视阵列SAR系统阵列抖动误差补偿方法。该方法将阵列抖动误差分解为不依赖距离和依赖距离两部分。结合高效的三维距离多普勒成像算法,在距离压缩前执行不依赖距离的一次抖动补偿;在距离徙动校正和方位压缩之间执行依赖距离的二次抖动补偿和方位向时域插值重采样,从而实现观测场景的三维成像。以真实SRTM DEM为原始场景进行仿真实验,补偿前后的成像结果验证了方法的有效性。     

MIMO下视阵列SAR倾角误差补偿算法

结合POS真实数据形式,引入传统光学摄影测量的外方位元素,提出了基于倾角误差的MIMO下视阵列SAR误差补偿方法。该方法首先在三维空域补偿与波束无关的相位误差;其次将补偿后的回波数据变换到航迹向-跨航向二维波数域,并沿航迹向和跨航向均匀分为M和N段,获得MN个子块,每个子块补零并扩展到原尺寸后,将回波变换到航迹向-跨航向二维空域、距离向波数域,补偿与波数相关的相位误差;再次转换到三维空域,把每个子块补偿的数据直接相加,得到最终回波;最后使用三维RD成像算法得到聚焦正确的三维成像结果。通过仿真试验验证了方法的有效性。     

卫星姿态误差对多通道SAR成像质量的影响

多通道SAR系统克服了传统成像模式中最小天线面积条件的限制,可以同时实现高分辨率、宽测绘带SAR成像.然而,多通道SAR系统方位向信号存在非均匀采样的现象,进而造成SAR图像虚假目标的出现.因此,方位向非均匀采样信号的重构对成像质量具有至关重要的影响.卫星姿态误差会导致方位向非均匀采样信号的重构出现偏差,大大降低了图像质量.本文通过建立一发八收星载SAR回波信号模型,推导出方位向信号非均匀采样所引起的虚假目标的位置和强度的计算公式,并分析了在不同视角下偏航、俯仰、横滚3个方向的姿态误差对成像质量产生的影响.     

机载SAR运动补偿残余误差建模及影响分析

在基于运动传感器测量数据的机载SAR运动补偿方法中,IMU/GPS测量误差和地物定位误差等非理想因素的存在会导致相位补偿量的不准确,进而引入残余运动误差,影响SAR图像质量.本文针对IMU的各项测量误差、系统延时误差、多普勒中心频率误差、参考DEM误差等影响轨迹测量和地物定位精度的具体因素展开研究,建立了上述因素与残余运动误差之间的函数关系.该函数关系显示,残余运动误差主要来源于航迹测量误差和地物定位误差,航迹测量误差主要根源于IMU/GPS测量单元中加速度计的常值漂移和IMU关于姿态角的测量误差,地物定位误差主要根源于参考DEM误差等因素.本文通过建模分析,完成了对机载SAR运动补偿精度退化机理的研究.     

无人机MIMO下视阵列SAR天线构型设计

从分辨率、高程精度、波段、工作高度等要求出发,依据等效相位中心原理,通过中间发射两端接收的MIMO模型,求解出满足大比例尺测图需要的等效虚拟阵列和实际物理阵列长度,优化设计了无人机平台MIMO下视线阵三维SAR阵元的数目和位置,减弱了两端发射中间接收模型所带来的振动误差影响。根据该天线设计进行了仿真试验,通过三维重建场景和原始仿真场景的差分对比,证明了本文阵列配置的合理性。     

基于GNSS天线阵列的定姿方法研究

针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验. 为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算. 实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.      

一种鲁棒的RFM模型定位精度优化方法

针对传统有理函数模型(RFM)系统误差补偿方法局限于姿态角误差小、相机视场角小的情况,提出了一种鲁棒性更好的卫星影像定位精度优化方法。该方法首先通过影像附带的有理多项式系数(RPC)计算出像元视线向量,再根据视线向量恢复出成像时刻虚拟外方位元素;然后对恢复的虚拟外方位元素构建误差补偿模型;最后根据控制点信息求解出模型参数后更新RPC文件。该方法从系统误差产生的原因构建补偿模型,可以规避传统方法的近似假设和条件限制。采用仿真数据和真实数据进行试验的结果表明:当姿态角误差较小时,该方法可达到与传统方法相当的精度;当姿态角误差较大时,可达到比传统方法更高的精度。     

通道误差对星载干涉测高系统的影响分析

在合成孔径雷达中采用多通道体制有利于实现高分辨率宽测绘带成像,对SAR干涉测高提高测高精度和效率有重要意义。但多通道体制的引入也会带来通道误差,降低成像及干涉测高性能。通道误差主要可归结为通道幅度误差、通道相位误差、沿航位置误差。姿态误差是对系统性能影响很大的误差,其引起的距离迁移和距离空变误差很小,主要引起通道相位误差。对姿态误差对成像性能的影响进行了分析,可得姿态误差会造成图像ISLR和PSLR的恶化。对姿态误差对干涉测高性能的影响也进行了分析,可得姿态误差误差还会引起干涉相干系数的恶化,特别是在干涉的主辅星具有反向相位误差的情况下最为严重。     

可适应阵列误差和非均匀杂波环境的多通道SAR图像域STAP方法

多通道SAR图像域STAP方法是一种利用了长相干积累时间的STAP方法,其杂波抑制和运动目标检测能力强.但是,目前的多通道SAR图像域STAP方法均是在理想条件下给出的,没有考虑阵列误差和非均匀杂波环境对其性能的影响.文中分析了阵列误差和非均匀杂波环境的影响,提出了一种可适应阵列误差和非均匀杂波环境的多通道SAR图像域STAP方法.基于实测杂波数据的实验验证了所提方法的正确性.     

GF-4卫星影像几何定位精度分析

几何定位精度是衡量卫星影像几何质量的一个重要参数。针对高分四号(GF-4)卫星静止轨道面阵成像特点,以Google Earth为参考基准,对在轨测试前后GF-4卫星多光谱相机影像几何定位精度进行评价。重点分析了影像几何定位精度与太阳方位角/高度角和卫星方位角/天顶角/姿态角之间的关系,同时探讨了卫星姿态角/成像时间对相机姿态角误差补偿参数的影响。研究结果可为进一步优化该类型卫星影像成像模型,实现高精度几何定位提供参考依据。     

MIMO下视阵列SAR线阵天线构型设计

针对收发分置的MIMO模式阵列天线物理设计时,一个等效阵列可由多种物理收发阵列实现的病态问题,从测绘角度切入,依据等效相位中心原理,分析了ARTINO系统不同收发组合的优缺点。引入测绘应用关心的波段、分辨率、高程精度及工作高度等要求,优化设计了真实测绘航空平台的MIMO下视阵列SAR线阵阵元的数目和位置矢量。根据该配置进行了仿真实验,通过三维成像结果和原始仿真场景的差分对比,高程重建误差均值和标准差,以及整个场景和单独建筑物区域误差在半分辨率之内的概率值,证明了优化阵列配置的合理性和有效性。     

三天线GPS姿态解算误差分析

介绍了一种通过三个天线的GPS测量定位值来求解载体姿态参数的方法,通过坐标系的变换得到了载体三个姿态角的求解公式;用误差传递的分析方法得到了载体三个姿态角测量误差的表达式;通过对GPS定位误差的简化处理,得到了载体三个姿态角测量误差的简化表达式;给出了一定条件下GPS定位误差的三个姿态参数测量误差的仿真结果。     

非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维仿真

在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下,下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹,验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力,摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设,以高度骤变的城市建筑物为对象,分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型,提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术,以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验,验证了方法的正确性和有效性。     

Mini SAR遥感系统测图

Mini SAR遥感系统,用微小型SAR做传感器,通过小型飞机或无人机为遥感平台获取地物信息,但载机平台在空中易受气流影响而偏离预设航线产生运动误差。文中首先分析载机平台运动特点,介绍系统中IMU/GPS组合导航数据预处理过程,论述载机平台转动误差、速度误差对SAR成像距离模型的影响。MiniSAR遥感系统获取的影像清晰,可用于制作正射影像图、基础地理信息库更新、灾害监测应急等领域,但不足之处在于影像中某些金属目标出现方位散焦现象。     

平台运动误差对机载LiDAR激光脚点分布的影响分析

为了有效地抑制与补偿平台运动误差产生的像质退化,针对机载激光雷达平台的运动特性研究激光雷达点云分布的变化规律。从理论上推导了平行扫描式激光雷达、Z扫描式激光雷达和圆锥扫描式激光雷达的点云坐标分布表达式;通过仿真讨论了机载激光雷达运动参数与激光雷达点云分布之间的规律;基于平行扫描式激光雷达,研究了5种运动误差对激光雷达点云坐标分布的影响,最终仿真得到根据影响程度由大到小依次为侧滚角误差、俯仰角误差、偏航角误差、机身上下抖动误差、速度瞬时变化误差。该研究结果为进一步研究机械补偿,以提高激光雷达系统成像的精度提供了理论依据和基础。     

面阵图像定位精度提升方法研究

为了提升面阵相机成像定位精度,以吉林省松原市北部区域的机载面阵图像为实验对象,对成像过程进行误差分析与标定. 机载面阵相机成像存在由三个姿态角引起的定位误差以及由相机镜头畸变等因素产生的畸变误差. 针对以上问题,首先采用严密几何模型,得到面阵图像初步成像结果;然后,采用后方交会和多项式附加参数模型等方法解决内、外方位元素引起的误差问题,得到较为精确的定位结果;最后进行实验验证,测试结果表明,经过内、外方位元素的误差定标,能够控制在5 m以内的范围,精度提升94.37％,处理效果显著. 通过研究标定面阵成像过程中内、外方位元素产生的误差,提高了面阵相机定位精度,对面阵相机成像的应用和推广具有一定价值和科学参考依据.      

随机介质遮蔽条件下的雷达成像方法效能比较

为了综合分析受随机介质遮蔽目标雷达成像方法效能,本文系统比较了随机介质参数（散射厚度与吸收厚度）、天线布局方式（稀疏阵列的天线阵元间距及空间分布）对合成孔径雷达SAR、时间反转TR以及时间反转—多重信号分类TR-MUSIC这3种典型方法成像效能的影响。结果表明TR-MUSIC表现最优,SAR次之,TR较弱。随着光学厚度或单次散射反照率的增大,3种成像方法效能均发生退化,但TR-MUSIC总体而言相对受影响最弱。散射厚度是造成成像效能退化的主要原因,而吸收厚度的影响较为微弱。根据稀疏阵列下成像方法效能比较结果,利用TR-MUSIC可以抑制栅瓣特性的优势,使用特殊布局的天线可以同时降低雷达系统复杂度和减弱杂波信号,进而改善成像结果。本研究可为提高受随机介质遮蔽目标的雷达成像质量提供理论支撑。     

星载-机载混合BiSAR运动误差的分析

SAR平台的非理想移动和转动包括速度误差和姿态误差,这些误差会造成图像的散焦和分辨率的降低,给图像分类和识别带来一定的困难,从而,影响SAR图像的使用价值和应用范围。针对由混合运动平台构成的BiSAR的非理想移动和转动,建立可以同时描述速度误差与姿态误差的几何模型以及距离方程,并对距离方程进行Taylor多项式的二阶展开,总的运动误差可分解为卫星和飞机的姿态误差、飞机的轴向运动误差以及飞机的姿态误差和轴向运动误差的耦合项。仿真分析表明,卫星和飞机在小干扰情况下,SA—BiSAR运动误差主要是由卫星的姿态误差和飞机的轴向运动误差构成的,而飞机的姿态误差和轴向运动误差的耦合项是可以忽略的。     

顾及姿态线性误差的微小卫星面阵影像在轨几何检校

微小卫星由于平台体积、重量、能源等限制,其上搭载的姿态、位置测量设备精度不高,导致其直接对地定位误差较大。通过对某微小卫星嵩山地区的多景面阵影像进行姿态角常差检校,发现姿态角系统误差随时间线性变化的规律。为了提高定位精度,本文提出一种针对面阵的顾及姿态线性误差的偏置矩阵和二维探元指向角几何检校模型。相对于传统的姿态角常差检校模型,本文方法考虑了姿态角系统误差随时间线性变化的规律。试验结果表明,经过内外方位元素检校后,卫星的定位精度从数十千米提升到十米以内,相对于传统的常差模型,本文提出的检校模型有效地消除了姿态随时间线性变化的系统误差。