GEO SAR长合成孔径时间回波仿真研究及其软件设计

摘要

地球同步轨道SAR（Geosynchronous SAR，GEO SAR）高分辨、宽测绘等优势使其成为近年来国内外研究的热点。GEO SAR合成孔径时间长、与传统的中低轨卫星相比，在成像处理、回波仿真、误差分析等方面存在许多新的特点。近年来科研人员在GEO SAR的系统分析与成像算法的研究方面取得了很多成果，但是关于非理想因素对于GEO SAR成像质量影响方面的研究还有所欠缺。针对以上问题，为了对GEO SAR的性能进行仿真分析，同时为系统设计提供理论支持，本文首先对GEO SAR所受到的各种非理想因素进行分类，做了简要分析，并将电离层影响、地球潮汐等误差因素调制到SAR回波表达式中，对其进行了详细的理论分析和仿真验证。同时，因为GEO SAR的长合成孔径时间的特性和海面随时间变化的特点，导致回波产生严重去相干效应，进而造成GEO SAR无法对海面场景进行成像处理，而低轨LEO（Low Earth Orbit，LEO）SAR合成孔径时间非常短，不会造成SAR回波的严重去相干。因此本文基于LEO SAR模式对海洋仿真进行了深入研究。针对上述仿真需求本文研制了一套集海陆场景回波仿真、成像处理、性能指标分析、非理想误差因素仿真为一体的GEO SAR长合成孔径时间回波仿真软件。本文的主要工作可概括如下： 1、首先将非理想因素进行了分类，分为卫星平台误差、有效载荷误差、传输链路误差和观测场景误差四部分，并对各模块误差做了简要分析。然后针对GEO SAR的新特性，对电离层影响、地面弱相干、地球潮汐等误差因素进行了详细理论分析和仿真验证。 2、从海浪谱出发，对几种常见的海浪谱进行了介绍，在此基础上，采用目前主流的建模方法进行海面模拟，实现了对海面几何构造较为精确的刻画，接着再利用小面元模型进行海面电磁散射仿真建模，为了提高仿真效率本文提出了快速时域仿真方法完成了动态海面场景的回波模拟，最后利用BP算法进行成像处理，并利用顺轨干涉测量（Along-track interferometry，ATI）法完成了动态海面的速度测量。 3、首先介绍了GEO SAR长合成孔径时间回波仿真软件的系统架构，将软件架构分为三层：界面展示层、业务处理层和数据库访问层。然后对电离层影响、地面弱相干、地球潮汐和回波仿真模块的软件设计进行了详细阐述，最后简要说明了软件各模块的设计与实现，并展示了各模块误差因素的界面实现效果。

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ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 发展与现状

1.2.1 GEO SAR的研究进展

1.2.2 海洋仿真的研究进展

1.2.3 仿真处理软件的研究现状

1.3 论文主要内容与工作安排

第二章 长合成孔径时间对成像质量的影响分析

2.1 引言

2.2 非理想因素分类

2.3 电离层误差建模与仿真

2.4 观测场景误差建模与仿真

2.4.1 地面弱相干

2.4.2 地球潮汐

2.5 本章小结

第三章 海面SAR回波仿真与海面ATI测洋流

3.1 引言

3.2 海面模拟

3.2.1 海浪谱

3.2.2 时变粗糙海面生成

3.2.3 仿真结果

3.3 海面电磁建模

3.3.1 海面电磁建模基础

3.3.2 海面电磁建模方法

3.4 海面SAR回波仿真

3.4.1 基于时序的海面SAR回波仿真方法

3.4.2 快速时域仿真方法

3.5 海面ATI测洋流

3.5.1 海面ATI仿真基础

3.5.2 ATI仿真结果

3.6 本章小结

第四章 GEO SAR长合成孔径时间回波仿真软件设计

4.1 引言

4.2 软件总体结构设计

4.3 软件功能设计

4.3.1 非理想因素软件设计

4.3.2 回波仿真软件设计

4.4 软件各模块设计与实现

4.4.1 工程信息模块

4.4.2 回波仿真模块

4.4.3 成像处理模块

4.4.4 性能指标分析模块

4.5 本章小结

第五章 结束语

5.1 工作总结

5.2 工作前景展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

3.1 参与科研项目及获奖