[发明专利]基于GPS多星照射、地面单站接收的无源成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及微波无源成像领域，具体为一种基于多颗GPS卫星照射、单个地面固定站接收的无源成像系统。

背景技术

微波遥感成像技术具有全天候、全天时等优点，一直是对地观测成像的重要手段。随着雷达技术的不断发展和应用需求的不断提升，近十年来，出现了多种新颖的成像体制，基于卫星照射、地面站接收的Space-Surface SAR(SS-SAR)就是其中之一。SS-SAR属于无源雷达，具有良好的隐蔽性和抗干扰能力，SS-SAR的这些独特优点使得它成为当前成像雷达发展的一个新兴方向。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的卫星数量多，轨道高度高，覆盖范围广，重访周期很短(GPS卫星的重复周期约为24小时)，可实现非常频繁的监测，并且GPS还具有发射频率稳定，授时精确易于同步，直达波容易恢复等特点，因此，它非常适合作为对地探测与成像的照射源。早在上世纪90年代GPS就被选作对海无源遥感探测的照射源，用于获取海面风场、海冰、海面油污等信息。近年来，基于GPS照射的无源遥感技术开始从探测向成像发展，英国Mikhail Cherniakov等人开展了基于单颗卫星照射的成像研究，并成功进行了以单个GLONASS卫星为照射源的实验验证(Antoniou,M.；Zeng,Z.；Feifeng,L.；Cherniakov,M.；Experimental Demonstration of Passive BSAR Imaging Using Navigation Satellites and a Fixed Receiver,IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,vol.9,no.3,pp.477-481,May 2012.)。国内曾涛等人开展了基于单个GPS卫星照射的无源成像研究(田卫明,曾涛,胡程等.基于导航信号的BiSAR成像技术,雷达学报,2013,no.1,pp.39-45.)。YE JiHai等人则论证了基于北斗导航信号的无源成像(Ye Jihai；Jiang Yuesong；Zhao Jizhi；GuoJingping；Study of SAR imaging with COMPASS signal,Science China:Physics,Mechanics and Astronomy,vol.54,no.6,pp.1051-1058,June 2011.)。GPS卫星高精度的轨道参数(例如KIS提供的GPS星历轨道精度可达5cm)保证它能 够合成较大的稳定孔径，因此方位分辨率将很高，例如，曾涛的实测结果表明：以GPS卫星为照射源时方位向分辨率可达4.8m；Mikhail Cherniakov的实测结果表明：以GLONASS卫星为照射源时方位向分辨率可达3.4m。收发分置式雷达的距离向分辨率主要决定于发射信号带宽及成像张角，因导航信号带宽普遍较窄，因此其距离向分辨率非常有限，Mikhail Cherniakov实测的距离向分辨率只有56m(Saini,R.；RuiZuo；Cherniakov,M.；Development of space-surface bistatic synthetic aperture radar with GNSS trasmnitter of opportunity,Radar Conference,2008.RADAR'08.IEEE,pp.1-6,26-30May 2008.)，与方位向分辨率相差16倍。

受限于发射信号的带宽，基于GPS照射的无源成像系统的距离分辨率较低，很多时候难以满足对地观测成像的应用需求。根据近期无源成像的研究发现，分布式成像雷达可利用不同方向上的多个孔径获得分辨率突破发射信号带宽的成像效果。当前可供使用的GPS卫星多达数十颗，利用这些卫星可形成多个方向的大孔径，因此完全有可能构造基于多星照射和单个地面站接收的多通道系统来提高GPS无源雷达的成像分辨率，本发明公布一种基于多颗GPS卫星照射、单个地面站接收的无源成像系统。GPS卫星信号覆盖广，重访周期短，可用卫星数量多，无源雷达系统结构简单，使用限制少，构成多通道系统后成像分辨率将大幅提高，因此很适合用于高危滑坡体、冰川、积雪的频繁成像监测，弥补SAR等传统遥感成像方式重访周期长、成本高的不足，为山体滑坡、冰川泥石流、雪崩等自然灾害提供即时预警，有效保护人们的生命财产安全。

发明内容

本发明目的是公开一种基于多颗GPS卫星照射、单个地面固定站接收的微波无源成像系统，通过增加卫星照射源的数量，提高成像分辨率，以解决窄带系统中，距离向分辨率受限的问题。