基本信息

• 商品名：[正版图书]基于星载照射源的双基地合成孔径雷达成像技术
• ISBN：9787030706423
• 定价：138
• 出版社：科学出版社
• 作者：张启雷，闫飞飞，常文革

参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2021-11-01
• 印刷时间：2021-11-01
• 版次：1
• 印次：1
• 包装：平装
• 开本：16开
• 用纸：胶版纸
• 页数：283
• 字数：357000

内容简介

基于星载照射源的双基地合成孔径雷达是指利用在轨□□（包括合成孔径雷达□□、导航□□、通信□□等）作为发射机，采用其他平台(包括飞艇、飞机、汽车及固定站等)搭载接收机的雷达系统，具有成本低、配置灵活、战场生存能力强等技术优势，是一种极具应用前景的新□□雷达。《基于星载照射源的双基地合成孔径雷达成像技术》介绍基于星载照射源的双基地合成孔径雷达成像技术，主要内容包括基于星载照射源的双基地合成孔径雷达空时频同步技术、基于星载照射源的双基地合成孔径雷达回波模拟技术、基于星载照射源的双基地合成孔径雷达成像算法以及基于星载照射源的双基地合成孔径雷达干涉应用等方面。

目录

目录
前言
□□章 绪论 1
1.1 BSAR技术研究的兴起与发展 1
1.1.1 基于SAR□□的BSAR技术 □
1.1.□ 基于导航□□的BSAR技术 7
1.□ 基于星载照射源的BSAR成像技术研究的意义 9
1.3 基于星载照射源的BSAR成像技术国内外研究现状 11
1.3.1 同步技术 11
1.3.□ 回波模拟技术 13
1.3.3 成像算法 14
1.3.4 应用技术 15
参考文献 16
第□章 基于星载照射源的BSAR基础理论 □1
□.1 基于导航□□的BSAR系统概念与特性 □1
□.1.1 系统概念 □1
□.1.□ 系统几何构型 □5
□.1.3 系统信噪比 □7
□.1.4 空间分辨率 30
□.1.5 时空覆盖率 35
□.□ 基于SAR□□的BSAR系统概念与特性 35
□.□.1 系统概念 35
□.□.□ 系统几何构型 38
□.□.3 系统信噪比 39
□.□.4 空间分辨率 40
□.□.5 时空覆盖率 44
□.3 系统特性比较与分析 47
□.3.1 信噪比特性 47
□.3.□ 多普勒特性 48
参考文献 48
第3章 基于SAR□□的BSAR空间同步技术 50
3.1 空间同步误差影响分析 51
3.1.1 方位向成像性能分析 5□
3.1.□ 仿真分析 56
3.□ 波足信号检测技术 58
3.□.1 波足信号模型 59
3.□.□ 常用检测方法 60
3.□.3 基于相邻PRF回波互相关的波足检测方法及性能分析 6□
3.□.4 仿真数据验证 66
3.□.5 实测数据验证 69
3.3 方位向波足跟踪技术 75
3.3.1 波足跟踪技术 75
3.3.□ 仿真数据验证 77
3.3.3 实测数据验证 81
3.4 基于宽波束连续接收□□的空间同步方法 85
3.4.1 SAR□□运行轨道 85
3.4.□ 过顶时刻估计 86
3.4.3 波束扫描带确定 87
3.4.4 空间同步性能分析 88
参考文献 90
第4章 基于SAR□□的BSAR时频同步技术 9□
4.1 时、频同步误差影响分析 9□
4.1.1 时、频同步误差模型 9□
4.1.□ 时间同步误差影响 95
4.1.3 频率同步误差影响 98
4.□ 时、频同步方法 10□
4.□.1 时间同步 104
4.□.□ 频率同步 106
4.□.3 仿真实验 108
参考文献 111
第5章 基于SAR□□的BSAR回波模拟 113
5.1 接收站固定星基BSAR回波快速模拟 113
5.1.1 时域回波信号模型 114
5.1.□ 频域回波信号模型 115
5.1.3 回波快速模拟 117
5.1.4 实验验证 1□3
5.□ 含有时、频同步误差的星地BSAR回波快速模拟 130
5.□.1 时频同步误差 131
5.□.□ 回波信号模型 13□
5.□.3 回波快速模拟 133
5.□.4 仿真结果 137
5.3 双向滑动聚束模式星机BSAR回波模拟 14□
5.3.1 双向滑动聚束模式 143
5.3.□ 点目标照射时间分析 145
5.3.3 收、发波束覆盖范围分析 147
5.3.4 仿真验证 151
参考文献 15□
第6章 基于SAR□□的BSAR成像算法 154
6.1 接收机固定模式星艇BSAR同步与成像一体化方法 154
6.1.1 信号模型 154
6.1.□ 回波的二维频谱推导 158
6.1.3 二维频谱误差分析 16□
6.1.4 基于二维ISFT的成像处理 165
6.1.5 仿真结果与分析 169
6.□ 滑动聚束模式星地BSAR成像算法 174
6.□.1 信号模型 174
6.□.□ 基于直达波信号的时、频同步处理 176
6.□.3 成像特性分析 177
6.□.4 直达波距离历程估计 184
6.□.5 频域成像算法 187
6.□.6 实验验证与分析 19□
6.3 双向滑动聚束模式星机BSAR成像算法 197
6.3.1 成像特性分析 198
6.3.□ 成像算法 □04
6.3.3 仿真实验验证 □06
参考文献 □09
第7章 基于导航□□的BSAR同步与成像算法 □1□
7.1 回波信号模型 □13
7.1.1 多普勒频率影响分析 □14
7.1.□ 导航信息影响分析 □16
7.□ 同步误差影响分析 □18
7.□.1 频率同步误差影响 □18
7.□.□ 大气相位影响 □19
7.3 基于直达波的同步预处理 □□0
7.3.1 导航信息检测 □□1
7.3.□ 多普勒频率精确估计 □□□
7.4 测量误差抵消原理 □□3
7.5 同步与成像一体化方法 □□6
7.5.1 相位同步误差提取 □□6
7.5.□ 相位同步处理 □□7
7.5.3 同步处理精度分析 □□8
7.5.4 基于时域成像算法的成像处理 □□8
7.6 实测数据验证 □30
7.6.1 实验系统及参数 □30
7.6.□ 信号处理流程与结果 □3□
7.6.3 成像结果分析 □35
参考文献 □37
第8章 基于星载照射源的BSAR干涉应用技术 □39
8.1 基于星载照射源的BSAR干涉理论模型 □40
8.1.1 基于星载照射源的BSAR图像模型 □40
8.1.□ 相干性分析 □41
8.□ 基于导航□□的BSAR相干□化检测技术 □46
8.□.1 基于导航□□的BSAR相干□化检测技术原理 □46
8.□.□ 基于导航□□的BSAR相干□化检测处理方法 □46
8.□.3 基于导航□□的BSAR相干□化检测性能分析 □47
8.3 基于SAR□□的BSAR干涉高程测量技术 □66
8.3.1 基于SAR□□的BSAR干涉高程测量技术原理 □66
8.3.□ 干涉特性分析 □68
8.3.3 相干性分析 □71
8.3.4 相对高程测量精度 □76
参考文献 □77
附录A 级数反演法推导二维频谱 □79
附录B 式(8.50)的计算 □8□

精彩书摘

□□章 绪论
合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)具有对场景目标的二维高分辨成像能力，从而能够提供更加丰富的场景观测信息。作为一种主动微波成像系统， SAR可以实现全天时、全天候的观测，在军事侦察和国民经济建设中具有广泛的应用前景。
作为一种新□□ SAR系统，双基地 SAR(bistatic SAR，BSAR)引起了研究人员的极大兴趣。BSAR系统通常是指发射机和接收机在空间上分置于不同平台的 SAR系统。与传统的单基地 SAR系统相比，BSAR系统具有独特的技术优势：系统配置灵活、功能多样；抗干扰和战场生存能力强；可以获取更加丰富的场景目标散射信息等。
本书主要介绍一种利用在轨□□作为发射机，采用其他平台(包括飞艇、飞机、汽车及固定站等)搭载接收机的BSAR系统，即基于星载照射源的BSAR系统。基于星载照射源的BSAR系统充分利用在轨的□□资源，只需要研制相对简单的接收机，因此系统研制成本较低；基于星载照射源的BSAR接收机不发射电磁信号，因此安全性好、战场生存能力强；基于星载照射源的BSAR干涉测量系统在系统构成、工作模式、信息获取等方面均有独特之处，具有很好的科学意义和实用价值。
本书介绍基于星载照射源的BSAR的成像技术，主要包括空时频同步、回波模拟、成像算法及干涉应用等，具体涉及两种配置的BSAR系统：基于导航□□的BSAR系统和基于 SAR□□的BSAR系统。基于导航□□的BSAR系统是指将在轨导航□□发射的导航信号作为辐射源，通过在近地静止平台上搭载接收机组成的BSAR系统。基于 SAR□□的BSAR系统是指将在轨星载 SAR系统作为发射机，采用其他平台(包括飞艇、飞机、汽车及固定站等)搭载接收机的BSAR系统。两种BSAR系统均属于收、发平台异构(Hybrid)的BSAR系统，两者具有一些相似点，如均采用非合作的□□作为发射机、均属于远发近收的系统构型等。同时，由于采用的星载发射机类型不同、几何构型不同，两者的工作模式、系统特性、信号处理方法等各不相同。
1.1 BSAR技术研究的兴起与发展
*早的BSAR技术研究可以追溯到□0世纪70、80年代。当时， Xonics公司、 Goodyear Aerospace公司的研究部门在美国国防部、空军等单位的资助下开展了机载BSAR技术的理论和实验研究，从原理上验证了BSAR成像的可能性。进入□000年，欧洲各国陆续开展了各种配置的机载BSAR实验研究，突破了系统设计、信号同步和成像处理等关键技术。
□000年前后，利用分布式小□□搭载 SAR系统组网工作进而实现遥感观测、干涉测量等任务的系统概念一度炙手可热。各国的研究机构先后提出了一系列宏伟的研究计划，典型的系统概念包括 Tech-Sat□1计划[1]、干涉车轮( interferometric cartwheel)计划[□]、 BISSAT计划[3]、 RADARSAT-□&3计划[4]以及干涉钟摆(inteferometric pendulum)计划[5]等。遗憾的是，由于技术和经费等方面的困难，上述研究计划尚未有实际的系统问世。□007年，由□□□空间□和□□联合研发的 COSMO-SkyMed小□□星座成功发射[6]。该系统在聚束模式下的分辨率可以达到1m，主要用于军事侦察、环境监测和灾害监视等任务。□010年，由□□宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt，DLR)、联合 EADS Astrium公司以及 Infoterra公司共同开发的 TanDEM-X系统成功组网开始工作[7]。该系统采用两颗几乎相同的 TerraSAR-X□□，通过双星编队飞行，可以获取全球范围内的数字高程模型(digital elevation model，DEM)数据。 TanDEM-X系统示意图及其产品如图1.1所示。 TanDEM-X的工作模式包括单发单收、单发双收以及乒乓模式，代表了当时星载BSAR技术研究的*高水平[8，9]。
图1.1 TanDEM-X系统示意图及其产品
随着在轨□□资源的不断增多，许多研究机构开始考虑利用在轨□□(包括 SAR□□、导航□□、通信□□等)作为发射机，采用其他平台(包括飞艇、飞机、汽车及固定站等)搭载接收机来构建新□□的异构BSAR系统。
1.1.1 基于 SAR□□的BSAR技术
1.星地BSAR 对于星地BSAR系统，接收站容易布置，因此实验较易开展。比较有代表性的是：西班牙加泰罗尼亚理工大学( Universitat Politècnica de Catalunya，UPC)研制的 SABRINA系列[10]，以欧洲航天□( European Space Agency，ESA)的 ERS-□、 ENVISAT或 TerraSAR-X为照射源，利用多通道接收机接收观测场景的散射波数据；□□锡根大学研制的 HITCHHIKER系统，以 TerraSAR-X为照射源，开展了一系列多极化和多基线干涉实验[11]。中国北京理工大学以遥感一号□□为照射源，也开展了相关的星地双基地实验，取得了不错的实验结果[1□]。□□对上述几个具有代表性的星地BSAR接收系统及其关键技术进行介绍。
1)西班牙 SABRINA系统
西班牙加泰罗尼亚理工大学研制的 SABRINA-C系统，以欧洲航天□的 ERS-□或 ENVISAT□□为机会照射源，通过地面固定站的双通道 C波段接收机接收□□直达波信号和观测场景的散射波信号，经过同步及成像处理，获得观测场景的成像结果。SABRINA-C系统及观测场景和成像结果如图1.□所示。
图1.□ SABRINA-C系统及观测场景和成像结果
图1.□(a)为 SABRINA-C系统，图1.□(b)为观测场景和成像结果。图1.□(b)下部为观测场景的数字高程图，中间部分为系统观测场景的光学图片。从图1.□中可以看出，通过 SABRINA-C系统，可以得到观测场景的 DEM。根据西班牙加泰罗尼亚理工大学提供的实验结果，SABRINA系统测高精度在□0m以内，目前的测绘范围约为3km×□km。
□)□□ HITCHHIKER系统
□009年，□□锡根大学开发出 HITCHHIKER系统。该系统以 TerraSAR-X为机会照射源，当 TerraSAR-X工作在聚束模式下时，能够录取带宽为300MHz的散射波数据，从而可以提供高分辨率的观测场景双基地成像结果。
图1.3(a)为 HITCHHIKER系统，从图中可以看出，一副□□垂直向上接收□□的直达波信号，另一副□□对着观测场景，接收散射波信号。图1.3(b)为经过同步及成像处理后，观测场景的双基地成像结果，场景大小约为3km×8km。由成像结果可以看出，观测场景的目标能够得到很好的聚焦，植被、河流等轮廓都清晰可见，从而验证了该系统同步及成像算法的有效性。
图1.3 HITCHHIKER系统及成像结果
□010年，HITCHHIKER系统散射波接收□□增加到三个，并开展了多基线干涉实验及多极化实验，这里不再详细介绍。
3)中国星地BSAR系统
对于星地BSAR系统，国内的许多研究机构，如西安电子科技大学[13]、电子科技大学[14]、北京理工大学[1□]、中国科学院电子学□□□[15]、国防科技大学[16]等都开展了大量BSAR同步、成像等关键技术的研究。其中，北京理工大学利用我国自主研发的遥感一号□□，开展了星地BSAR实验，取得了不错的研究成果。在星地BSAR实验中，遥感一号□□工作于 L波段，固定站放置在一栋大楼的楼顶，距离地面约□0m，观测场景为北京良乡某一区域，如图1.4(a)所示。该区域目标种类比较丰富，有森林、街道、建筑物以及农田等。
图1.4(b)为星载单基地 SAR成像结果。图1.4(c)为利用改进的非线性 CS(chirp scaling)成像算法得到的双基地成像结果。观测场景大小约为4km(方位向)×8km(距离向)，BSAR成像分辨率约为9.1m(方位向)×□.7m(距离向)。从图1.4中可以看出，相较于星载单基地 SAR成像结果，BSAR系统中，接收站高度较低，导致入射角较大，从而使得遮挡和阴影比较明显。但是，对比成像结果可以看出，BSAR成像结果中的植被信息和道路、农田等边缘信息比较明显，从而有利于进行BSAR散射特性和道路边缘检测等内容的研究。
图1.4 北京理工大学星地BSAR实验结果
□.星机BSAR
星机BSAR以星载 SAR为照射源，接收机搭载于机载平台上。相较于固定站，机载平台有以下方面的优势：①固定站需要等到□□通过某一固定观测场景时才能开展实验，机载平台比较灵活，能够根据□□轨道适当调整接收机运行轨迹；②机载平台高度较高，降低了遮挡和阴影对双基地成像结果的影响；③机载平台结合接收机波束控制，能够对BSAR系统多种工作模式进行研究。
1)早期的星机双基地系统
*早的星机双基地实验是1984年美国喷气动力实验室开展的相关实验[17]。在此次实验中，发射系统为搭载于航天飞机上的 SIR-B系统， L波段接收机放置于 CV-900型飞机上，*终获取了分辨率约为□0m的双基地成像结果。199□年，以□□颗欧洲航天□的□□( ERS-1)为发射机，美国喷气动力实验室开展了星机双基地实验[18]。1994年，以 SIR-C系统为发射机，该实验室又开展了一次星机双基地实验，观测场景为阿拉斯加某一区域，*终成像分辨率约为1□m。但由于技术条件的限制以及缺少BSAR成像处理设备，这几次实验取得的成果较差[19]。
□)TerraSAR-X/F-SAR星机双基地系统
□007年，□□宇航中心开展了一系列星机BSAR实验[□0-□3]。该星机双基地系统以□□ TerraSAR-X为照射源，机载 F-SAR系统为接收机。□□高度约为514km，速度约为7600m/s，工作带宽为100MHz。机载平台飞行高度为□180m，飞行速度约为90m/s。为了提高方位向成像宽度， TerraSAR-X工作于滑动聚束模式。
利用时域成像算法，对双基地数据进行成像处理，得到的成像结果如图1.5所示。从图1.5中可以看出，经过成像处理后，能够得到观测场景的双基地成像结果，目标点能够得到很好的聚焦。
图1.5 TerraSAR-X/F-SAR星机双基地实验结果
3)TerraSAR-X/PAMIR星机双基地系统
□□弗劳恩霍夫高频物理与雷达技术□□□( Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques，FHR)和锡根大学以 TerraSAR-X为照射源，以机载多功能阵列成像雷达( phased array multifunctional image radar， PAMIR)为接收机，开展了一系列星机双基地实验[□4，□5]。图1.6为星机BSAR系统星载照射源和机载平台的图片。 PAMIR搭载于 C-160运输机上，安装在机腹位置，飞行高度约为300m，*大飞行速度为1□0m/s。波束宽度为3.3°(方位向)×10°(距离向)。方位向波束扫描角度范围为±45°。PAMIR能够工作于条带、聚束、滑动聚束、动目标扫描检测等多种工作模式，因此大大扩展了双基地系统的应用范围。