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分布式卫星CT-InSAR的基线分析及其测量技术的研究

作　者: 史明霞
导　师: 沈汀
学　校: 中国科学院研究生院（电子学研究所）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 分布式卫星干涉合成孔径雷达(InsAR) 切航迹干涉SAR(CT-InSAR) 基线精度混合测距 FFT快速解调
分类号: V443.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

分布式卫星系统(DSInSAR)可以提供稳定的干涉测量平台，其利用对测绘区域信息的同时获取以克服干涉信号间的时间去相关性，利用提供的长基线来提高测高灵敏度从而以获取高精度的DEM。利用DSInSAR系统获取高精度的数字高程图(DEM)是目前研究的热点之一。但是DSInSAR系统的长基线、基线不稳定、雷达斜视、双基地等特点也会带来一些新的技术问题，欲使DSInSAR系统成为一个实用的干涉测量系统，这些问题有待于解决。基线空间位置参数是DSInSAR系统中极其关键的因素，为保证高度估计精度，对基线长度的估计精度提出了很高的要求。本文主要针对受基线影响大的用于三维成像的垂直航迹干涉SAR(CT-InSAR)进行相关的研究，对影响DEM精度的各种因素进行了分析，并且对其重要影响因素——基线进行相关的研究。分析了空间环境中的基线稳定度及基线误差对DEM精度的影响，提出了采用混合测距来提高基线精度的方法。论文的主要内容包括：(1) 从测高精度误差出发，通过公式推导得出了系统的最优基线表达式；从测高精度，测高灵敏度及模糊函数对基线的要求角度出发，基于最大极限基线，对基线进行了相关优化，提出了基线与最大极限基线的比例关系。(2) 根据CT-InSAR的椭圆形构型设计，创建了一个三颗小卫星系统模型，并以此为例对椭圆构型的分布式CT-InSAR的基线问题进行讨论。(3) 根据基线误差对DEM精度的影响，地球和卫星运动对基线长度产生相应的影响及空间环境中的各种扰动对基线产生影响，提出了基线测量精度的要求。(4) 通过对测距方法的分析讨论，根据系统的实际要求，提出了使用混合测距来实现分布式CT-InSAR系统基线的精确测量。(5) 针对三颗小卫星系统模型对基线测量精度的要求，采用基于FFT码相位快速捕获与欠采样差分相位估计算法设计了一个混合测距系统，并对此系统的捕获性能与测距精度进行了仿真分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-23
  1.1 干涉合成孔径雷达(InSAR)概述  9-13
    1.1.1 InSAR的分类及应用  9-10
    1.1.2 InSAR的发展历史  10-13
    1.1.3 InSAR的发展趋势  13
  1.2 分布式卫星的概念及特点  13-14
  1.3 分布式卫星SAR(DSInSAR)  14-18
    1.3.1 分布式卫星SAR功能及应用  15-16
    1.3.2 分布式卫星SAR发展现状  16-18
      1.3.2.1 TechSat21  16-17
      1.3.2.2 Cartwheel  17-18
      1.3.2.3 Pendulum  18
  1.4 本文主要工作  18-23
    1.4.1 研究背景  18-19
    1.4.2 研究内容  19-20
    1.4.3 主要贡献  20-23
第二章 InSAR成像原理  23-37
  2.1 InSAR成像基本原理  23-27
  2.2 InSAR系统测高精度  27-29
    2.2.1 理论分析  27-28
    2.2.2 评估方法  28-29
  2.3 InSAR图像对的相关性  29
  2.4 垂直极限基线  29-32
  2.5 水平垂直基线  32-33
  2.6 InSAR成像处理过程  33-35
  2.7 小结  35-37
第三章分布式卫星CT-InSAR的基线分析  37-55
  3.1 分布式卫星SAR系统的工作模式  37-40
    3.1.1 带状SAR成像工作模式  37-38
    3.1.2 切航迹干涉SAR(CT-InSAR)工作模式  38-39
    3.1.3 沿航迹干涉SAR(AT-InSAR)工作模式  39-40
  3.2 分布式卫星CT-InSAR的构型设计  40-42
  3.3 分布式卫星CT-InSAR的基线分析  42-54
    3.3.1 最优基线  42-47
      3.3.1.1 公式推导  42-44
      3.3.1.2 基线的优化  44-47
    3.3.2 基于椭圆构型的CT-InSAR基线设计  47-51
    3.3.3 分布式卫星CT-InSAR的多基线分析  51-54
  3.4 小结  54-55
第四章分布式卫星CT-InSAR基线测量精度的要求  55-69
  4.1 基线测量精度分析  55-57
  4.2 参数误差对成像精影响的计算机仿真  57-59
  4.3 地球自转对基线影响的分析  59-62
  4.4 卫星环绕对基线影响的分析  62
  4.5 系统扰动对基线的影响  62-67
    4.5.1 分布式CT-InSAR系统扰动模型  63-64
    4.5.2 扰动分析  64-67
  4.5 小结  67-69
第五章分布式卫星CT-InSAR星间基线测量技术  69-109
  5.1 基线测量原理  69-72
    5.1.1 利用回波相位的基线测量  69-71
    5.1.2 基线的无线电直接测量  71-72
  5.2 无线电测距概述  72-86
    5.2.1 侧音测距  73-77
      5.2.1.1 基于倍相的侧音测距  74-75
      5.2.1.2 基于FFT的相位估计  75-77
      5.2.1.3 存在问题  77
    5.2.2 伪码测距  77-86
      5.2.2.1 延迟锁相环路跟踪法  79-82
      5.2.2.2 DLL噪声性能  82-83
      5.2.2.3 仿真分析  83-85
      5.2.2.4 工程实现分析  85-86
  5.3 混合测距  86-108
    5.3.1 系统结构  87-88
    5.3.2 (DLL+PLL)复合环  88-92
      5.3.2.1 基本原理  88-90
      5.3.2.2 性能分析  90-92
    5.3.3 高动态环境下基于FFT的码相位快速捕获  92-97
      5.3.3.1 高动态环境中的数学模型  92-95
      5.3.3.2 基于FFT的快速捕获  95-97
    5.3.4 欠采样差分相位估计  97-101
      5.3.4.1 采样对相位估计的影响  98
      5.3.4.2 频率与相位估计  98-101
    5.3.5 性能仿真  101-106
      5.3.5.1 捕获性能分析  101-104
      5.3.5.2 测距精度分析  104-106
    5.3.6 工程实现分析  106-108
  5.4 小结  108-109
第六章结束语  109-111
参考文献  111-117
攻读硕士期间发表的论文  117-119
致谢  119

分布式卫星CT-InSAR的基线分析及其测量技术的研究

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