DEM数据辅助的星载SAR俯仰向数字波束形成

俯仰向数字波束形成(DBF)处理是星载合成孔径雷达(SAR)实现高分辨率宽测绘带成像的关键。然而,在处理较大地形起伏区域的回波信号时,传统俯仰向波束扫描(SCORE)方法会出现波束指向偏差问题,导致接收回波的增益降低,影响SAR系统成像性能。针对这一问题,本文详细分析了高分宽幅星载SAR系统的俯仰向DBF接收波束扫描指向问题,提出了一种基于数字高程图(DEM)的俯仰向DBF处理方法。该方法基于星载SAR成像几何模型,首先利用成像场景的DEM数据和卫星轨道参数计算距离门单元对应的地面高程值,并进一步计算距离门单元对应的目标波达角,然后根据该对应关系计算每个距离门单元的俯仰向DBF加权矢量,从而确保在俯仰向DBF处理过程中接收波束指向正确。通过X波段的星载SAR系统进行仿真实验,结果表明(1)当地面高程值大于1.9 km时,传统SCORE方法处理得到的目标信号幅度下降都超过2.8 dB,本文方法处理得到的目标信号幅度下降都小于0.4 dB,本文方法优于传统SCORE方法;(2)由DEM数据误差导致的地面目标高程偏差对本文方法影响较小。因此本文方法能够有效改善地形起伏较大区域的回波信号接收增益。     

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.     

一种用于运动姿态评估的视觉伺服机器人

针对人们在运动中出现的姿态不标准且无人监督指导等问题,本文设计了一种用于运动姿态评估的视觉伺服机器人。这款机器人首先通过一种带有注意力机制的目标跟踪算法对运动目标进行跟踪,并与机器人的伺服电机结构协同工作以调整摄像头的角度,从而实现对在特定区域内运动的目标进行跟踪拍摄。然后由其姿态评估系统提取运动姿态,并与标准姿态进行比对评估。经验证,该机器人对人体运动姿态的质量高低具有较高的区分度,能对用户的多种姿态给予有效的评价,从而实现运动辅助及康复训练指导的目的。     

环视SAR双条带成像实现方案

研究了一种双条带成像处理方案。该模式是对环视成像模式的扩展,有效地提高了图像场景范围和成像处理效率。分析了双条带SAR成像处理的基本流程,针对雷达运动平台的实际运动情况,提出了一种满足图像分辨率和无缝拼接要求的系统实现方案以及相关系统参数的优化设计准则。借助点目标仿真和某型机载环视SAR外场试飞实测数据对该成像处理方案的有效性进行了充分地验证处理。     

基于高分辨率SAR图像成像机理的震害信息分析

与中低分辨率SAR图像相比,高分辨率SAR图像受目标复杂性和成像噪声等因素的干扰更为严重,致使应用高分辨率SAR图像检测震害目标变得更加困难.传统的适用于中低分辨率SAR图像的震害信息提取方法对于高分辨率SAR图像有一定的局限性.为了从高分辨率SAR图像中更加准确地提取震害信息,从SAR图像成像机理和目标的后向散射特征出发,对建筑物和道路、桥梁的震害特征进行了细致分析,为寻求合适的目标检测和提取方法提供了思路.     

基于DEM和图像仿真的单幅SAR图像无控制定位

单幅SAR图像定位是利用SAR图像获取目标位置信息的重要技术途径之一。针对无地面控制情况下的单幅SAR图像定位问题,设计了一种基于DEM和图像仿真的单幅SAR图像无控制定位方案。该方案通过DEM仿真SAR图像,并将实际SAR图像与仿真SAR图像进行匹配来提取控制点以完成定向参数解算,在DEM的支持下实现单幅SAR图像定位。采用机载SAR图像和SRTM DEM进行了无控制定位试验,统计了定位误差,验证了所设计方案的正确性和有效性。     

稀疏场景目标的距离像峰值聚类分割成像方法

针对海面舰船等具有一定空间稀疏性的合成孔径雷达成像场景,提出了一种稀疏场景目标的距离像峰值聚类分割成像方法。首先采用小波降噪算法对SAR原始回波数据进行预处理,通过距离压缩和距离徙动校正获得不同观测位置的距离像,利用基于二阶差分算子的快速峰值检测算法检测距离像峰值点,对峰值检测结果距离维聚类后方位向成像,实现了距离向能量区间稀疏目标的分割成像;对峰值检测结果距离-方位二维聚类后方位向成像,实现了距离向能量区间与方位向合成孔径时间无耦合稀疏目标的分割成像。仿真结果表明,对海面舰船等具有空间稀疏性的成像场景,所提方法能够实现目标的有效分割成像,不仅在完整保留目标回波信息的同时大幅度地降低了方位向压缩的运算量,而且分割成像结果更有利于目标的快速识别。     

航空遥感稳定平台的模型参考自适应控制

针对航空遥感惯性稳定平台中所受到的不平衡力矩等所引起的成像载荷不稳定导致无法获取高分辨率遥感数据的问题,提出了在平台控制系统中应用基于模型参考的自适应比例-积分-微分控制方法。根据需求设计出参考模型,将参考系统输出与实际系统输出之间的误差输入到自适应PID调节器,实时调整PID参数,对误差进行实时校正,以达到抑制不平衡力矩扰动、提高稳定平台稳定精度的目的。对所提出的模型参考自适应控制方法进行了仿真验证,结果表明:相对传统PID方法,模型参考自适应控制器对偏心力矩等主要干扰具有很好的抑制作用,系统输出能够很好地跟踪姿态变化,系统稳定精度得到显著提高。     

缺少控制点的星载SAR遥感影像对地目标定位

从距离和多普勒方程出发,构建了无需地面控制点的直接对地目标定位模型,推导了缺少控制点时的精化轨道参数及成像几何参数等的数学模型。经过对北京某地区一景ENVISAT ASAR影像进行直接对地目标定位,获得了实地上±170.966 m(约±8.7像素)的平面精度;利用单个地面控制点对星载SAR影像的定向参数实施调整后,对地目标定位平面精度提高到±54.665 m(约±2.8像素),控制点数目增加到4个时,对地目标定位平面精度接近±2像素。结果显示,对困难地区采用星载SAR遥感影像对地目标定位具有很好的应用前景。     

区域化模糊聚类SAR图像分割

将图像域规则划分与模糊聚类方法结合,提出了一种区域化模糊聚类算法,并将该算法用于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像分割,以解决分割过程中像素模糊聚类难以处理SAR图像中存在的大量固有斑点噪声问题。首先,利用规则划分技术将图像域划分成大小相等的规则子块;假设每一子块内像素对聚类的隶属度相同,并以此为基础定义区域模糊聚类目标函数;通过迭代最小化上述目标函数实现SAR图像初步分割;最后,采用中值滤波方法进行后处理操作,以消除规则划分对不同类别之间边界的影响,实现SAR图像精准分割。为了验证提出算法的有效性,用模拟及真实SAR图像实现了算法测试;对算法分割结果进行定性与定量评价。结果表明算法的分割精度较高,可以有效降低SAR图像中斑点噪声对分割结果的影响。     

一种结合UKF与TLS的GPS机动跟踪算法

在GPS接收机产生机动时,运动模型的不匹配会给跟踪算法带来性能损失。本文提出一种机动检测、Unscented Kalman Filter(UKF)以及总体最小二乘(Total Least Square,TLS)相结合的解算方法用于接收机机动的GPS跟踪解算。首先,通过机动检测算法对目标的机动性进行判别,当目标机动较小时,利用UKF的最优检测性能进行跟踪,而当目标机动较大时,结合TLS的强跟踪性能,采用TLS和UKF联合进行跟踪。从而,在不增加方程维数的情况下,实现机动目标的实时、快速跟踪。仿真结果表明该方法对机动目标具有良好的跟踪性能。     

差分层析SAR技术研究现状分析

差分层析SAR是在层析SAR基础上发展起来的一种四维信息反演技术。它不仅实现了对雷达目标的三维分辨能力,同时可以获取目标的形变速率信息,可实现对目标方位-距离-高度-时间四维成像,这对实现城市基础设施动态形变监测、古建筑风险评估、重要工程安全监测等应用具有重要实际意义和价值。本文基于差分层析SAR成像原理,分析了成像处理过程中存在的问题,总结了差分层析SAR成像算法研究现状和特点;最后列举了差分层析SAR技术的主要应用领域,并对其技术发展趋势进行了展望。     

利用轨道参数修正的无控制点星载SAR图像几何校正方法

使用距离多普勒模型进行SAR图像几何校正时,卫星轨道误差、系统成像参数误差和DEM高程的误差会影响几何校正精度。本文提出了一种基于轨道参数修正的星载SAR图像几何校正方法。首先利用多项式对卫星轨道进行参数化,然后使用模拟SAR图像与真实SAR图像进行匹配得到控制点来修正轨道参数,最后利用修正后的参数进行几何精校正,从而提高几何校正精度。该方法无需地面控制点,适用于不易于人工测量获取地面控制点地区的SAR图像几何校正,与基于模拟SAR图像匹配并使用多项式改正的几何校正方法相比,本文方法具有更高的精度。使用Radarsat-2图像进行试验,并使用地面实测GPS控制点验证了本方法的有效性。     

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。     

卫星编队InSAR系统分辨率设计

依据脉冲信号压缩技术,从SAR成像理论出发,在介绍了SAR分辨率定义的基础上,分析了影响基于卫星编队InSAR系统分辨率的原因是存在距离向和方位向基线。在成像处理时,为了确保干涉相位精度,需进行去相关预滤波处理,由此引起系统成像带宽变窄,分辨率下降。依据影响分辨率的原因,提出了基于卫星编队InSAR系统分辨率设计思想,并根据该思想对分辨率的影响情况进行了分析。     

“浦江一号”轻小型相机设计及在轨测试

相机分系统是"浦江一号"卫星的关键载荷之一。它在光学系统、指向摆镜以及电子学设计方面均坚持集成化、小型化的思想。整机结构紧凑,体积小,重量轻。相机光学系统选择三反离轴结构,与同轴系统相比,具有视场大、无遮拦、传函高等优点。通过光学设计合理布局,有效控制了光学系统尺寸;合理优化光学系统公差,降低了机械设计难度和装调难度;光学系统后截距对镜间距变化不敏感,在没有调焦机构时仍能满足清晰成像的要求。相机利用摆镜机构实现多目标快速指向,能在一个成像周期内对多个目标成像,反应时间短,成像效率高。摆镜指向机构采用电机+齿轮组的驱动方式;光电编码器与指向镜同轴安装,能够精确测量指向角度,对目标准确定位。在一个电子设备内集成视频成像、图像压缩及编码、遥控遥测、控温以及供配电等功能。对外采用标准的即插即用1553B接口以及小型高速Spacewire数传接口,实现了设备快速组装和测试。电路的集成化设计,减少了设备数量,进而减少了整个系统的体积、重量和功耗。卫星在轨运行以后,结合用户需求,优化在轨测试流程,卫星入轨1个月内完成了相机的全部测试和评估工作。迄今为止,相机运行正常,性能优越。该相机的研制成功及在轨稳定运行,为后续高性能轻小型相机的设计提供了有力的技术支撑。     

卫星编队InSAR系统分辨率设计

依据脉冲信号压缩技术,从SAR成像理论出发,在介绍了SAR分辨率定义的基础上,分析了影响基于卫星编队InSAR系统分辨率的原因是存在距离向和方位向基线.在成像处理时,为了确保干涉相位精度,需进行去相关预滤波处理,由此引起系统成像带宽变窄,分辨率下降.依据影响分辨率的原因,提出了基于卫星编队InSAR系统分辨率设计思想,...     

航天器姿态算法在地面天文定位中的应用研究

针对天顶仪地面天文定位算法需要反复差值,计算繁琐的问题,文章将航天器姿态算法应用到天顶仪定位中来,详细研究了3种姿态算法,并为利用姿态算法实现定位给出了从姿态信息计算天顶仪光轴指向的新方法:建立了姿态算法的定位误差模型,结合过蒙特卡洛仿真,研究了姿态算法的定位精度并与原算法进行了比较;最后通过实际观测实验,实际分析了姿态算法和原算法在实验系统中的实际定位精度。结果表明:各姿态算法均能应用于天顶仪定位中,且精度高于原定位算法。     

遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系

针对我国遥感测绘卫星应用的实际需要,提出国境内实体几何定标检定场与国境外虚拟数字定标场相结合,卫星载荷实测位置/姿态参数与地面大范围基础地理信息几何控制要素相融合,经整体协同处理构建一种全球广域几何定标与地面目标三维定位的基础框架体系,为测绘卫星影像数据的全球应用提供一致的控制基础和可靠的定位基准。全球广域定标定位框架体系的建立,主要解决基于参考椭球面的全球剖分球面网格的构建技术,境内实体几何定标场的设计与实现技术,境外虚拟数字定标场的分布与交叉定标验证技术,以及卫星载荷实测成像参数与大量地面几何控制数据进行天地协同的融合处理技术。本文对涉及的相关技术进行了介绍和分析,并对分项试验验证情况进行了讨论。     

滑动聚束模式SAR影像干涉处理方法

合成孔径雷达聚焦成像时,因地球旋转和传感器姿态控制误差而产生的非零多普勒中心在聚焦影像方位线中引入了线性相位,因此在干涉处理时方位线不能作为基带信号进行重采样。为了确保相位信息在重采样过程中不出现损失,一般采用内插核调制的方法完成方位线重采样。滑动聚束模式影像因成像的特殊性,聚焦影像的多普勒中心分布更加复杂,其方位线为时变信号。分析了滑动聚束模式影像点目标的多普勒历程,多普勒中心在方位线的变化规律,时变信号的内插方法,并通过模拟实验验证非零多普勒中心对内插精度的影响,最后对DORIS软件重采样环节进行改进,即采用新的多普勒中心表达式对内插核进行调制完成影像重采样,实现TerraSAR-X卫星滑动聚束模式影像的干涉处理。