基于GNSS-R导航信号雷达成像技术研究

发布时间：2020-06-19 12:23

【摘要】：全球导航卫星系统逐渐完善,反射信号技术的研究也不断深入。利用导航反射信号不仅完成远程遥感探测,如溢油海冰检测、海面测高测浪、土壤湿度测量等,同时为空中目标及对地观测成像提供了新的无源探测手段。基于全球卫星导航系统的双基地合成孔径雷达GNSS-BiSAR(Global Navigation Satellite System-Bistatic SAR)是利用在轨的卫星发射导航信号,将接收机固定在地面或搭载在运动平台上。作为一种无源雷达探测手段,有着全覆盖、全天时、全天候、对恶劣天气环境适应性强、昼夜环境因素影响小、收发分置等优势,具有广阔的发展前景。本课题主要研究基于GNSS-R卫星导航信号雷达成像技术研究,结合卫星导航体制与双基雷达成像基本理论,分别研究了GNSS-BiSAR双基成像基本理论、GPS卫星轨道特性和覆盖分析、星-地GNSS-BiSAR信号模型及成像算法、星-星基于移变构形信号模型及成像算法。本文研究内容如下:首先,从GNSS-BiSAR空间几何模型参数入手,分别对脉冲重复频率等重要参数推导分析。利用双基雷达方程,进一步讨论导航卫星探测威力;借助基于几何构型的双基地模糊函数,直观说明空间分辨特性。研究GPS卫星轨道参数,利用STK平台建立GNSS-BiSAR模型,建立预设场景,针对单星及多星情况覆盖分析,为后续章节成像参数的选取及算法实现提供理论基础。其次,研究星-地GNSS-BiSAR模型下观测几何与运动特性,阐述“非走停”假设下GPS C/A相位编码信号回波模型及图像重建算法,并针对多星-地GNSS-BiSAR观测几何对预设场景区域成像,完成多星源同时对地观测成像算法仿真实验,为多角度图像融合带来可能。针对卫星导航信号带宽窄,限制距离分辨的问题,以GPS C/A码和Galileo E5频段伪随机码为例完成频谱拼接及频谱均衡,显著改善分辨效果。最后,主要解决收发轨迹不平行且收发平台运动速度不等给成像带来一定难度,研究星-星GNSS-BiSAR模型下,构建基于卫星导航信号的回波模型,详细推导了移变几何构形下信号二维频谱,给出基于移变构形下改进距离多普勒法、后向投影算法、改进技术反演成像算法及对比分析。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN967.1;TN957.52
【图文】：

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图 1-3 SS-BSAR 示意图绍了固定接收机实现对地面固定楼宇房屋等目标翰大学 M. Antoniou 等人分别对 GLONASS COSMOLONASS COSMOS 744，Galileo GIOVE-A 等系统进标成像分析，并利用在 Galileo GIOVE-A 系统下对仿真，分别得到接收机在地面静止，接收机在地面种情况下的图像复原结果。同时，由于 GNSS 卫星置，基于卫星导航信号用于雷达成像的研究也是对，M. Antoniou 团队利用地球同步轨道 GNSS 卫星行实测验证，在一定程度上弥补了高轨 SAR 硬件

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图 1-3 SS-BSAR 示意图18]介绍了固定接收机实现对地面固定楼宇房屋等目标的明翰大学 M. Antoniou 等人分别对 GLONASS COSMOS ，GLONASS COSMOS 744，Galileo GIOVE-A 等系统进行目标成像分析，并利用在 Galileo GIOVE-A 系统下对地像仿真，分别得到接收机在地面静止，接收机在地面运三种情况下的图像复原结果。同时，由于 GNSS 卫星轨位置，基于卫星导航信号用于雷达成像的研究也是对高证，M. Antoniou 团队利用地球同步轨道 GNSS 卫星对高进行实测验证，在一定程度上弥补了高轨 SAR 硬件难

【参考文献】