（信息与通信工程专业论文）星载雷达gmti系统与信号处理研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博十学位论文 摘要 利用星载雷达实现地面运动目标指示( g m t i ) 功能为地表大面积监视、侦察 和目标跟踪、定位提供了可能，具有重要的军事应用价值。利用多通道雷达和分 布式雷达的空域采样特征进行g m t i 成为目前研究的热点。由于星载雷达g m t i 系统是一个涉及领域宽、层次多、高度复杂的大系统，要实现它，在信号处理和 系统设计上面临许多挑战，对它开展研究具有十分重要的意义。 本文瞄准星载雷达g m t i 这一前沿课题，针对g m t i 信号建模与仿真、g m t i 信号处理、星载分布式s a r g m t i 系统性能分析、星载分布式s a r g m t i 编队优 化设计等四个关键技术问题进行了研究，主要工作安排如下： 第二章研究了星载雷达g m t i 信号建模与仿真。基于小面单元模型和粗糙地 面的散射特性，建立了三维场景地杂波模型，推导了地杂波和运动目标的回波信 号表达式，分析了动目标的星载合成孔径雷达( s a r ) 成像特性。给出了回波仿 真和g m t i 信号处理流程，建成了完整的星载分布式s a r g m t i 仿真系统，为深 入研究各种g m t i 处理算法和优化系统设计提供了支持。 第三章研究了星载雷达g m t i 信号处理问题。首先从一般性的收发分置几何 关系入手，分析了多通道脉冲一多普勒( p d ) 体制雷达的地杂波特性，结合具体 的双站形式、波束同步方式、地球自转偏航导引、以及天线方向图形式，给出了 杂波秩预测实例。采用非平稳杂波抑制算法与固定结构降维算法级联的形式提高 运算效率。然后针对多通道s a r 体制雷达g m t i 信号处理，研究了两种空时自适 应处理( s t a p ) 信号模型的本质区别，揭示了相关脉冲积累时间( c p i ) 的长度 对杂波秩和目标功率谱的影响。最后针对星载分布式s a r g m t i 系统，对比研究 了顺轨干涉( a t i ) 、图像域自适应滤波等算法，修正了a t i 方法，分析了现有的 两种图像域自适应滤波方法的本质，比较说明了各种算法的适用性。 第四章分析了星载分布式s a r g m t i 系统检测性能。与以往只分析干涉相位 误差的研究思路不同，本章通过揭示各因素与s a r 图像相关系数的关系，从本质 上分析了时间、频率同步误差以及热噪声、基线、图像配准误差等参数对星载分 布式s a r g m t i 处理性能的影响，比较了分布式g m t i 系统和分布式i i l s a r 系统 对各参数指标的要求，为星载分布式s a r g m t i 系统设计提供了理论指导。 第五章研究星载分布式s a r g m t i 编队优化设计。在信号处理和检测性能分 析的基础上，提出了一种测速比和时间效用比的联合指标，作为衡量编队系统整 体g m t i 能力的标准，比较了c a r t w h e e l 、p e n d u l u m 、s a r t r a i l l 等典型编队的g m t i 性能。针对沿航向编队，提出基于信号正交原理优化基线配置的方法，性能较均 匀线阵和最小冗余阵有一定程度提高。针对立体编队，抽象出了优化目标的数学 第i 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 模型，结合雷达信号检测要求和编队卫星轨道控制知识确定了搜索空间的范围， 采用遗传算法搜索得到了一个3 星优化编队。 主题词：星载多通道g m t i ；星载分布式g m t i ；g m t l 回波仿真；杂波抑制；时 频同步误差：系统性能分析；编队优化设计 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 a b s t r a c t g m u n dm o v i n gt a r g e ti n d i c a t i o n ( g m t i ) u s i n gs p a c e b o m er a d a r ( s b r ) g i v e s t h eo p p o n u i l i 哆f o rl a r g es c a l es u r v e i l l a i l c e ，s p y i n g ，a n dt a r g e t 仃a c 虹n g ，p o s i t i o n ni s s p e c i 2 l l l yv 砒u a b l e f o rm i l i t 町印p l i c a t i o n u t i l i z i n gm es p a c ed o m a i ns a i i l p l i n g c h a r a c t i e ro fm u h i c h a n n e lm d a ra n dd i s t r i b u t e dm d a rf o rg m t ii sa t t r a c t i v et 0 r e s e a r c h e r s s i n c es b rg m t is y s t e mi sam u l t i l e v e lm l dc o m p l e xl a r g e s c a l es y s t e m c o n c e 耐n gb m a dt e c l l i l o l o g ) r ，m a n yc l l a l l e n g e sa b o u ts i 弘2 l lp r o c e s s i n g 锄ds y s t e m c i e s i g 皿、机ub ee n c o u l l t e r e d ni ss i 嘶f i c a n ta n dv a l u a b l et os t = u d y “ w 油t l l es p a c e b o m eg m t ir a d a r 舔m eb a c k g r o u i l d ，t h j sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so n f o u rc m c i a lt e c l m i q u e s ：t h eg m t is i 星皿a l m o d e l i n g & s i m u l a t i o l l g m t is i 阴a l p r o c e s s i l l g ， d i 嘶b u t e ds a r - g m t i s y s t e mp e 而肌a 1 1 c ea 1 1 a l y s i s ， d i 嘶b m e d s a r g m t io p t i m u mf o m a t i o nd e s i 趼 1 1 1t 1 1 es e c o r l dc h a p t e r ，s b rg m t is i 阻a lm o d e l i n g & s i m u l a t i o na r er e s e a r c h e d b a s e do nt l l es m a l lf 砬e ti i 】【o d e l 锄dt h es c a t t e rc h a r 乏i c t e r i s t i co ft h er o u 曲t e i l i a i l l ，3 d 霉o u n ds c e r l ec 1 1 i t t j 玎m o d e li se s t a b l i s h e d t h er e c e i v e ds i 窖皿a le x p r e s s i o no fc l u t t e r 锄1 d m o v i i l gt a r g e ta r ef o 肌u l a t e d t i l em o v i i l gt a r g e ti m a g i n gc i a r a c t e ri st e s t e d t h e s i m u l a t i o nm e t l l o do fr e c e i v es i 鼬a la 1 1 dg m t ip r o c e s s i o nn o wa r ed i s c u s s e d c o m p r e h e n s i v e l y ，a n da i li r l t e 肼l t e dd i s t r i b m e ds p a c e b o m es 博g m t is i m u l a t i o n s o f h a r ei se s t a b l i s h e d t h es o f h a r e 诵l lb eu s e 伽1f o rt 1 1 ed e e p e rr e s e a r c hi 1 1g m t i p r o c e s s i o na l g o r i t h m sa l l do p t i m u i ns y s t e md e s i g n i i lt h et h i r dc h a p t e r ，s b rg m t is i g i l a lp r o c e s s i n ga l g o r i t h m sf o rs h o i r tc o h e r e n t p u l s e si m e g n l t e d ( c p i ) m u l t i - c h 锄e lp u l s ed o p p l e r ( p d ) m o d e ，l o n gc p im u l t i - c h a i l n e ls a ri m a g i n gi n o d ea n dd i s t r i b u t e ds a r - g m t ia r er e s e a r c h e ds e p a r a t e i y t h e g r o u i l dc l u 他rc h a r a c 矧s t i co fb i s t a t i cs p a c e b o m eg m t ir a d a ri i lp dm o d ei sa i l a l y z e d t h ec l u t t e rr 乏m ki sf o r e c a s t e d 、析t l lc o n s i d e r i n gt h eb i s t a t i cs 够l e ，b e 踟：1 1s y n c l l l _ o i l i z a t i o n ， e a r t hr o t a l i o i l ，a l l dm ed i r e c t i o n a l 踟t a yp a t t e m s e v e r 2 l ln o n s t a t i o n 锄yc l u t t e r s u p p r e s s i o n2 l l g o r i t l l l 粥d e p e n d e n t o nr a n g ea r er e s e a r c h e d ，觚dc a s c a d es i 印a 1 p r o c e s s i n gi su s e dt o 朗b a i l c et l l ee f n c i e n c ya n di m p r o v et l l ep e r f o m l a i l c e t h en a n l r al d i f f e r e n c eo fm es t a ps i 即融m o d e l sf o rp da n ds a rm o d e si sa i l a i y z e d ，锄dt h e e f r e c t so fc p io nc l u t t e rs t a t i s t i c a lc h a r a c t e ra n dp o ，e rs 1 ) e c t r m ：i l 锄ed i s c o v e r e d s e v e r a ld i s t r i b u t e ds a r g m t ia j g o r i t h m s ，s u c h 觞a t i ，铆ok i n d so fa d a p t i v ef i l t e r si n i i i l a g ed o m a i l l ，a r ec o m p a r e de s s e m i a l l y p r o p e rm o d i f i c a t i o ni sm a d et oa t i i nm ef o u r t l lc h a p t e r ，t l l ed e t e c t i o np e 怕r m 锄c eo fm ed i s t r i b u t e ds p a c e b o m e s 6 d r - g m t ii sa u l a l y z e d i n s t e a do fb e g i n i l i n gt h er e s e a r c hf 如mt h ep l l a s ee r r o r sm o d e l s a st l l en t i d i t i o n a l 、a v 、es 1 ：a u r tt h er e s e a r c h 丘o mm em o r ee s s e m i a lm a t t e r a c o m p r e h e n s i v ee x p r e s s i o no ft h ec o r r e l a t i o nc o e f ! e i c i e n tw i 协t i m ea n d 丘e q u e n c y s y n c h r o i l i z a t i o ne n o r si sg i v e n t h ei n n u e n c eo fs y n c t 啪m z a t i o ne n 0 ra i l ds o m eo t h e r 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 s y s t e mp 猢e t e r sa r ed i s c u s s e d s y s t e mp a r 锄e t e r sr e q u i r e m e n t sf o rt w oh n d so f i n t e 彘r o m 嘶cs y s t e m s ，i n s a ra i l dg m t i ，a r ec o m p a r e d n l i sw i l lg i v ep o w e m l t l l e o r e t i c a ls u p p o n sf o rd i s t r i b m e ds p a c e b o m es a r g m t is y s t e md e s i g n 1 1 1t h ef i f t l lc h 印t e r ，o p t i m a lf o 咖a t i o nd e s i g nf o rs a r g m t ii sg t u d i e d b a s e do n t h er e s e a r c ho fs i g i l a lp r o c e s s i n ga l l dd e t e c t i o np e 渤m a l l c ea i l a l y s i s ，t t l ej o i n t 嘶t e r i o n ， w m c hc o m b i n e st h ed e t e c t a b l ev e l o c i t yp e r c e n t 丽t ht h ee f f e c t i v es y s t e mc y c l ei s p r e s e n t e d g m t ip e 响r m a i l c e so fs o m ec l a s s i c a lf 0 m a t i o n s ，s u c ha st h ec a r 帆h e e l ， p e r l d u l u 】 i l ，s a r t r a i na n ds oo n ，a r ee v a l 眦db yi t f o ra l o n g t r a c kf o n n a t i o n ，m e o p t i m u mb a s e l i n ec o n f i g u r a t i o ni so b t a i n e db a s e do nt h eo r t h o g o n a ls i 印a lm e o d r i th a l s s o r n ea d v a n t a g e st h a nu n i f o n nl i n e a r 细a y sa n dm i n i m 啪r e d u n d a i 】c ya r r a y s f o r 3 - df o r m a t i o n ，t l l em a m e m a t i cn l o d e lo ft h eo p t i m a lo b i e c ti sd i 孙v n ，a n dt i l es e a r c h i n g r a n g ei se 咖b l i s h e db yt h er e q u i r e m e n tf o rt l l er a d a rs i g n a ld e t e c t i o n 趾dt h ek n o w l e d g e o ft l l eo r b “c o n t r 0 1 a sar e s u h ，a no p t i m 眦3 df o m a t i o nc o n s i s t i n go f3s m a l l s a t e l l i t e si sf o u n dt h o u g hg e n e t i ca l g o r i t l l m k 舒啊o r d s ：s p a c e b o m em u l t i - c h a n n e lg m t i ；s p a c e b o m ed i s t r i b u t e dg m t i ； g m t i s i g n a ls i m u l a t i o n ； c l u t t e r s u p r e s s i o n ； t i m ea n d f r e q u e n c y s y n c h r o n i z a t i o ne r r o r ；s y s t e m p e r f o r m a n c e a n a l y s i s ； o p t i m a l f o 珊a t i o n d e s i g n ； 第i v 页 国防科学技术大学研究生院f 莩十学位论文 表目录 表2 1s r l 阳订系统仿真参数【2 4 】2 6 表2 2 验证动目标距离方位位移特性3l 表3 1 非平稳杂波抑制算法运算量( 复数乘法) 。4 8 表3 2 星载多通道s a r 仿真参数5 6 表3 3 顺轨干涉性能分析误差值6 0 表4 1 分布式s 博g m t i 同步误差性能分析仿真参数8 0 表4 2 垂直基线对分布式s a r g m t i 的影响8 4 表4 3g m t i 系统和i n s a r 系统参数需求比较8 7 表5 1 沿航向编队优化备选基线集9 2 表5 2 几种沿航向编队的有效检测区间9 4 表5 3 优化的立体编队参数1 0 0 第1 i l 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 图目录 图1 1星载雷达g m t i 系统的三种类型【l 】2 图1 2r a d a r s a t i i 成像模式示意图2 图1 3t e m s a r - x 天线结构3 图1 4s i 玎m 结构示意图4 图1 5c o s m o s k y m e d 天线结构示意图4 图1 6t e c h s a t 21 系统示意图5 图1 7i n t e r f e r o m e t r i cc a n 、v h e e l 系统示意图6 图1 8p e n d u l 啪轨道示意图7 图1 9t 柚e m x 系统示意图7 图1 1 0 论文章节结构关系1 1 图2 1卫星地球位置关系1 4 图2 2 卫星雷达空间几何坐标系1 6 图2 3 编队卫星的空间几何关系及相对运动坐标系1 8 图2 4 串行编队的基线2 1 图2 5 距离一方位位移与目标径向速度2 5 图2 6 频谱与能量损失2 6 图2 7 方位散焦与方位处理带宽2 7 图2 8 峰值功率损失与系统带宽和目标切向速度2 8 图2 9 运动目标相关系数2 9 图2 10 地杂波及动目标回波仿真流程3 0 图2 1 1 动目标图像距离方位位移验证31 图2 1 2 几个目标幅度的方位剖面3 1 图2 1 3 目标切向速度与方位散焦3 2 图2 1 4 仿真的均匀地杂波场景3 2 图2 1 5 含动目标的均匀场景相关图3 2 图2 1 6 星载分布式s a r g m t i 仿真流程3 3 图2 1 7 场景编辑界面3 4 图2 18 动目标检测界面3 4 图3 1 星载多通道雷达观测几何( 双站) 3 7 图3 2 两种双站结构的杂波多普勒特性3 9 图3 3 杂波功率谱与双站顺轨基线4 0 图3 4 顺轨基线与杂波特征值4 2 第1 v 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 图 图 图 图 尺度变换与s t i n t 法补偿前后的杂波谱4 4 基于d w _ m d t 的级联处理器结构4 5 基于i n d t - d b u 的级联处理器结构4 6 基于s t i n t - m d t 的级联处理器结构4 7 图3 9 多种算法的s c n r 损失4 8 图3 1 0 多通道p d 体制g m t l 仿真结果5 0 图3 1 1c p i 对杂波特征值的影响。5 4 图3 1 2 多通道p d 体制和多通道s a r 体制的回波功率谱5 4 图3 1 3 多通道s a r 体制g m t i 处理流程5 5 图3 1 4 多通道s a r 体制g m t i 仿真结果5 6 图3 15 主星带编队小卫星雷达系统观测几何5 7 图3 1 6 顺轨干涉恒虚警检测性能。5 9 图3 17 顺轨干涉m d v 与基线姿态角6 0 图3 1 8 相对绝对测速误差与基线姿态角6 0 图3 1 9 干涉车轮a t i g m t i 能力示意图6 1 图3 2 0 干涉钟摆a t i g m t i 能力示意图。6 1 图3 2 1 修正a t i 法对小场景的仿真结果6 2 图3 2 2 修正a t i 法对大型自然场景的仿真结果6 4 图3 2 3 修正a t i 法分块相位补偿的结果“ 图3 2 4 干涉车轮l m s 、l s 滤波器的仿真结果6 9 图3 2 5 去地杂波干涉相位耦合后l m s 、l s 的滤波结果。6 9 图4 1虚警概率= 1 0 巧时的检测特性曲线7 2 图4 2 x 波段草地和跑道的肋，其中吼= 7 s i n 乡【1 跚7 3 图4 3 相关系数与杂波特征值7 4 图4 4 星载分布式s a r 几何关系7 5 图4 5 含时频同步误差的仿真结果8 0 图4 6 几种同步误差条件下的g m t i 输出剖面8 1 图4 7 天线尺寸与e 8 3 图4 8 滤波前输入原始数据。8 5 图4 9 垂直基线0m 8 5 图4 1 0 垂直基线1 0 0m 8 5 图4 1 l 垂直基线2 0 0m 8 6 图4 1 2 配准误差与相关性8 6 图4 13 配准误差与杂波自由度8 6 第v 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 图5 1 多基线抵消盲速示意图9 2 图5 2 沿航向优化编队性能仿真9 4 图5 3c a n w h e e l 一个周期的可测速比9 9 图5 4 其它典型编队一个周期的可测速比9 9 图5 5 基于遗传算法的立体编队优化收敛曲线1 0 0 图5 6 立体优化编队一个周期的可测速比1 0 0 图5 7 立体优化编队的三维基线和m d v 1 0 1 图5 8 立体优化编队几个时刻的改善因子损失1 0 1 图5 9 输入原始s a r 图像( 运动目标淹没在杂波中) 。1 0 2 图5 1 0 三星优化立体编队m = 0 d e g 的实际检测结果1 0 4 第v i 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 第1 2 3 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 m d t s a p m d v m o d e x m r a m s a r m v d r p d p r f r c s s a r s b r s c n r s m i s n r s o c f a r s r t m s t a p s t i n t u l a m m d o p p l e rt i m e s p a c ea d a p t i v ep m c e s s i n g m i 血m u md e t e c t a b l ev e l o c i 哆 m o v i n go b j e c td e t e c t i o ne x p e r i m e m m i n i m u mr e d u l l d a l l c ya m y s m u l t i c k l l l 】舱ls y m h e t i ca p e r t u r er a d a r m i n i m u mv a r i a n c ed i s t o n i o n i e s sr e s p o n s e p p u l s ed o p p l e r p u l s er e p e a tf r e q u e n c y r r a d a rc r o s ss e c t i o n s s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r s p a c e b o m er a d a r s i 驴a 1c 1 u n e rn o i s e 勋i o s a n l p l em a t l 奴i n v e r s i o n s i g l l a ln o i s e 鼢i o s m a l l e s t o fc o n s t 锄tf a l s ea l a mr a t e s h 谳l er a d a rt o p o g m p h ym i s s i o n s p a c e - t i m ea d a p t i v ep r o c e s s i n g s p a c et i r n ei n t e 叩o l a t i o n u u n i f o ml i n e 盯a r r a y s 第1 2 4 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文题目：星羹重达鱼丛! ! 丕统生焦量矬壅盈窥 学位论文作者签名：癌凰凰一 日期：川年3 月2 ，7 日 学位论文版权使用授权书 本入完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存，汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文作者签名：垃垂1 2 凰 作者指导教师签名： 日期：嘲年3 月珥日 魄岬年 月彳日 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景和意义 星载雷达( s b r ) 为地表大面积监视、侦察和目标跟踪、定位提供了可能，具 有重要的军事应用价值。与机载雷达相比，星载雷达系统具有轨道高、覆盖面广、 安全性高等特点；与卫星光学系统相比，雷达观测具有全天候、全天时、探测隐 蔽目标、提供丰富的地表电磁散射特性信息等优点。这些优点使得星载雷达被广 泛应用于国民经济和国防领域。未来战争对星载微波遥感侦察手段提出了更高的 要求，它在继续服务于战略目的同时，还将直接介入到战役和战术层次，实现对 战场固定目标和运动目标的有效侦察与监视【l 】。 对于固定目标，通常利用合成孔径雷达( s a r ) 获取高分辨的地面散射图像 进行检测。目前的星载s a r 技术相对成熟【2 4 1 ，已有多颗在轨运行的s a r 卫星。 而对于运动目标，则必须运用地面动目标指示( g m t i ) 雷达在有效抑制地杂波的 前提下进行检测。机载雷达g m t i 技术比较成熟，采用机载多通道雷达系统结合 空时自适应处理技术( s t a p ) 即可以较好的实现地杂波抑制。但星载雷达g m t i 技术难度较大，目前已成为国内外研究的热点。为减小系统发射功率，星载雷达 一般采用中低轨道，具有极高的运行速度和几百至几千公里的轨道高度，对地覆 盖范围大，且受地球自转的影响，地杂波频谱扩展严重，杂波非平稳特性明显。 一种典型的星载雷达g m t i 系统的解决方案是采用大接收卫星天线，由多个 具有独立接收能力的子孔径形成多通道。由于多个通道提供了相对较多的空间处 理自由度，具有较强的空时二维自适应处理能力，能够较好的抑制频谱展宽的地 面杂波，实现动目标检测。 另一种方案是以小卫星为平台的分布式雷达系统。这种新的天基雷达概念系 统将雷达设备装载在以编队形式飞行的小卫星群上，编队伴随一颗传统的大卫星 飞行或单独飞行，小卫星接收大卫星、其它小卫星或自身的发射信号，通过对编 队小卫星接收的雷达回波的联合处理共同完成s a r 成像、m s a r 测高和g m t i 等 功能。这类系统因突破了单星平台几何尺寸的限制，为g m t i 提供了灵活、丰富、 合适的基线，从而大大提高了g m t i 的性能，降低了最小可检测速度( m d v ) 。 并且因其具有很强的系统抗干扰能力、生存能力、较高的系统可靠性和模块化设 计、批量生产等优点，受到了国内外研究人员的广泛关注。 鉴于星载雷达显著的技术优势和g m t i 重要的军事应用背景，对星载雷达 g m t i 的系统关键技术和信号处理技术进行深入研究已经成为国内外学者的共识， 受到各国军事部门的高度重视。 第l 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 星载雷达g m t l 系统发展概况 按照卫星接收通道数目和排列方式的不同，目前的星载雷达g m t i 系统可大 致分为三类，如图1 1 【1 1 。 图1 1星载雷达g m t i 系统的二种类型 1 星载双通道系统 雷达系统具有前后两个接收天线，或者一个大天线具有前后两个接收相位中心 ( a p c ) ，利用两a p c 的间距检测运动目标，采用顺轨干涉( a t i ) 或偏置相位 中心天线( d p c a ) 算法，并与s a r 成像结合，典型例子有：加拿大的i 硼a r s a t i i 、 德国的t e m s a r x 、德国的s r t m 等。 a r a d a r s a t 7 i 第2 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 r a d a r s a t i i 任务由加拿大航空局c s a 和m a c d o m l dd e 帆i l e r 公司共同资助， 从1 9 9 9 年开始投入研究，最早计划2 0 0 4 年发射，任务周期7 年，具有多个成像 模式，如图1 2 ，在当时是世界上首个具有g m t i 功能的星载雷达。由于各种原因， 发射计划一拖再拖，最新的报道是计划2 0 0 7 年3 月发射，目前己进入最后的集成 和测试阶段。在保持与r a d a r s a t i 连续性的基础上，r a d a r s a t - u 功能有所拓展，其 中就包括用于g m t i 的m o d e x ( m o v i n go b j e c td e t e c t i o ne x p e r i m e n t ) 实验模式。 当雷达工作于m o d e x 模式时，长1 5 m 高1 5 m 的c 波段相控阵天线分裂为 前后两个孔径，每孔长7 5 米，均具有收发功能。利用标准成像模式和精细成像模 式下的s a r 数据，采取a t i 、d p c a 、动目标匹配滤波m t m f ( m o v i n gt a r g e t m a t c h e df i l t e r i n g ) 三种方法进行s a r g m t i 处理，渥太华国防研究机构d r e o 对 此提供过多次技术报告。 b t e r r a s a r x i l 8 2 3 l s p | i ta n t e n n a 图1 3t e 玳l s a r x 天线结构 由德国宇航中心d l r 和e a d s 公私共建的t e h a s a r x 卫星现已设计制作完 毕，2 0 0 6 年6 月在德国进行了系统环境测试，任务周期五年，主要用于科学探测 和商务两个用途。其研制过程中借鉴了德国和欧空局s a r x ，s r t m e r sl & 2 的 设计经验以及盼i s a t 地球观测运载技术，是基于相控阵技术的高分辨x 波段 s a r 。采用双接收天线结构，长2 4 m ，分为前后两块，如图1 3 ，用于顺轨干涉交 通监视和获取全极化数据。最新报道称，t e 盯a s a r x 将于2 0 0 7 年2 月2 7 日从拜 科努尔搭乘“第伯聂”1 火箭发射升空。t e m s a r x 卫星预计在发射5 个半月后开 始全面运行。 c s r t m 实验1 2 4 2 5 l 2 0 0 0 年4 月1 1 号一2 2 号，e n d e a v o u r 号航天飞机搭载两部合成孔径雷达：德 国与意大利共同研制开发的x s a r 和美国的s i r c 进行了s r t m ( s h u t t l er a d a r t o p o 黟a p h ym i s s i o n ) 实验。实验主要目的是通过干涉测量获取地球陆地表面纬度 第3 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 6 0 。之间的高精度数字高程模型( d e m ：d 硒t a le l e v a t i o nm o d e l ) 。实验录取的x 波段和c 波段数据分别在德国航空中心和喷气推进实验室进行了处理，所得d e m 结果已经对外公布。 图1 4s r t m 结构不恿图 除了进行地面高程测量之外，s r t m 还有一个功能，就是利用天线的顺轨分 量进行地面动目标检测。s r t m 结构如图1 4 ，在主天线之外增加一个辅助接收天 线，固定在长为6 0 m 的可折叠桅杆顶端，由于机械安装等方面的约束，有效顺轨 基线长度7 m 。德国d l r 据此开展实验研究，在地面汽车上装载g p s 接收机以方 便目标定位，同时装载龙伯透镜以增大目标r c s ，将a t i 处理结果与g p s 定位数 据相比较，取得了一致性很好的效果。这是目前公开报道的第一个星载s a r a t i 实验。 2 星载多通道系统 矽： 蕾_ 一- 曩_ 奠t 翻蕾一奢一 撼一_ i 霸i - - _ _ 黼脚- 童- 嘲。l 瞄_ _ 麓 蕾_ _ i _ 期簟i 蠢 钼一栩i 一- 图1 5c o s m o - s k y m e d 天线结构示意图 星载多通道天线具有多个相位中心，为s t a p 信号处理提供了足够的空间自 由度，相对双通道系统而言，具有更好的杂波抑制性能和更高的目标定位精度， 这类系统的典型例子有：意大利的c o s m o s k y m e d 计划【2 6 羽】。 第4 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 意大利空间中心( a s i ) 的c o s m 0 一s k y m e d 计划采用4 颗s a r 2 0 0 0 卫星 均匀分布在圆形太阳同步轨道上，主要任务是监视、侦察与情报收集。能够提供x 波段广域低分辨扫描式s a r 图像和高分辨聚束式s a r 图像。每颗卫星的有源相控 阵天线长5 7 m ，水平分裂为五个孔径，如图1 5 。可工作在全发全收、全发5 收、 全发前后两板交替收、前后两板交替发5 收共四个模式。灵活的收发机制提供了 多个可选的相位中心，有利于g m t i 信号处理。 3 分布式卫星系统 单天线卫星系统的基线长度有限，慢速运动目标的检测性能不理想，分布式 卫星系统可提供较长基线，理论上能够获得很高的慢速目标检测性能，近年来受 到广泛关注。这类系统目前多处在研究计划阶段，典型的例子有：美国的 t e c l l s a t 2 1 、法国的c a r t w h e e l 、德国的p e n d u l 啪和c a r p e 、德国的t a n d e m x 等。 a t e c h s a t - 21 计划2 & 4 3 l 图i 6t e c h s a t 2 1 系统不意图 t e c h s a t2 l 是美a f r l 提出的分布式小卫星雷达系统，其最终目的是将具有战 场监视、地面慢速车辆跟踪、地面运动目标指示等功能的联合监视目标攻击系统 ( j s t a r s ) 搬到小卫星平台上，并提供数字高程测量能力。 t e c h s a t2 1 的设计构想是：由8 1 6 颗编队飞行的小卫星模拟一颗虚拟大卫星， 3 5 颗虚拟大卫星组成一个低轨星座，卫星分布在轨道高度为8 0 0 l ( r i l 的7 个轨道面 上，获得全球覆盖。采用编队飞行小卫星代替大卫星，其研制经费和维护费用可 节约三分之二，且能完成单颗卫星难以胜任的任务或具有更高的性能。 图1 6 为编队小卫星