分布式卫星InSAR系统性能分析与仿真技术研究

论文摘要

分布式卫星干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)系统是高效地获取全球高精度数字高程地图(Digital Elevation Model,DEM)数据最有效的工具。近年来,随着DEM在科学研究、经济建设以及军事领域的广泛应用,分布式卫星InSAR技术成为世界各国研究的热点。系统性能预估是分布式卫星InSAR系统设计中一个重要环节,一般通过理论模型计算和系统仿真试验两方面来进行,本文围绕这两个方面开展研究。介绍了分布式卫星InSAR系统测高的基本原理,分析了主要误差源对系统测高性能的影响,分别基于误差传递模型和系统模糊高度模型,研究了在给定的误差源参数下InSAR系统理论性能的分析方法,实验验证了两种分析模型的等价关系。研究了分布式卫星InSAR系统建模与仿真技术,给出了InSAR回波信号模型与仿真方法,介绍了分布式卫星InSAR仿真系统的支撑环境,仿真软件的功能及开展InSAR全流程仿真的步骤。建立了由SAR成像相位保持精度、干涉相位精度、测高和水平定位精度三大类共8项指标组成的评估InSAR系统性能的指标体系。提出了基于标志点的InSAR性能评估方法,仿真实验验证了基于标志点的InSAR性能评估方法的适用范围,分析了标志点强度对评估结果的影响,指出了方法存在的缺陷。基于此,提出了改进的基于虚拟标志点的InSAR性能评估方法,讨论了虚拟标志点在场景中布设的基本原则,给出了基于多普勒参数间接提取虚拟标志点在SAR图像中位置坐标的方法。实验结果表明改进后的方法能够有效地评估出各种误差因素对InSAR性能指标的影响。开展了一组综合注入各类系统误差条件下的分布式卫星InSAR系统性能仿真验证试验,采用基于虚拟标志点的性能评估方法,给出了试验评估结果,并与理论性能分析结果进行了对比性验证。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 分布式卫星InSAR 系统发展概况
• 1.2.2 系统性能分析与仿真技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 分布式卫星InSAR 系统性能分析
• 2.1 分布式卫星InSAR 测高原理
• 2.1.1 分布式卫星InSAR 测高原理
• 2.1.2 分布式卫星InSAR 数据处理流程
• 2.2 测高性能的影响因素分析
• 2.2.1 绝对测高性能的影响因素分析
• 2.2.2 相对测高性能的影响因素分析
• 2.3 分布式卫星InSAR 系统性能分析方法
• 2.3.1 基于误差传递模型的性能分析方法
• 2.3.2 基于系统模糊高度的性能分析方法
• 2.3.3 两种分析模型的等价关系
• 2.4 本章小结
• 第三章 分布式卫星InSAR 系统建模与仿真
• 3.1 InSAR 回波信号建模与仿真
• 3.1.1 编队卫星轨道建模
• 3.1.2 三维地面场景建模
• 3.1.3 雷达回波信号建模[21]
• 3.1.4 回波信号的快速仿真[21][23]
• 3.2 分布式卫星InSAR 仿真系统
• 3.2.1 仿真系统的支撑环境
• 3.2.2 分布式卫星InSAR 仿真系统软件
• 3.3 分布式卫星InSAR 系统仿真流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 分布式卫星InSAR 性能评估方法
• 4.1 InSAR 性能指标体系
• 4.2 基于标志点的InSAR 性能评估方法
• 4.2.1 基于标志点的InSAR 性能评估方法
• 4.2.2 InSAR 性能指标计算方法
• 4.2.3 评估方法的仿真验证
• 4.2.4 标志点强度对评估结果的影响
• 4.3 基于虚拟标志点的InSAR 性能评估方法
• 4.3.1 虚拟标志点的布设
• 4.3.2 基于多普勒参数计算的虚拟标志点位置精确提取
• 4.3.3 评估方法的仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 分布式卫星InSAR 系统性能仿真试验
• 5.1 试验设计与试验流程
• 5.1.1 试验参数配置
• 5.1.2 试验流程
• 5.2 试验结果与分析
• 5.2.1 试验结果
• 5.2.2 InSAR 性能理论分析结果
• 5.2.3 试验结果分析和结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果