利用GPS信號對地面進(jìn)行成像的Matlab仿真
[導(dǎo)讀]雙基SAR(BistaticSAR)和多基SAR(Multi-staticSAR)逐漸成為SAR領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究內(nèi)容之一。相對于單基SAR，雙基SAR有以下優(yōu)勢：1.隱蔽性好。由于收發(fā)分置，接收平臺不發(fā)射信號，因此不容易被探測。2.能夠多角度探測目標(biāo)。傳統(tǒng)雷達(dá)只能獲取目標(biāo)的后向雷達(dá)...
雙基SAR(Bistatic SAR)和多基SAR(Multi-static SAR)逐漸成為SAR領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究內(nèi)容之一。
相對于單基SAR，雙基SAR有以下優(yōu)勢：
1. 隱蔽性好。由于收發(fā)分置，接收平臺不發(fā)射信號，因此不容易被探測。2. 能夠多角度探測目標(biāo)。傳統(tǒng)雷達(dá)只能獲取目標(biāo)的后向雷達(dá)散射特性。而使用雙基構(gòu)型，可以從前向、側(cè)向、后向多角度對目標(biāo)進(jìn)行探測。尤其是對隱身目標(biāo)的探測能力，大大強(qiáng)于傳統(tǒng)雷達(dá)。3. 系統(tǒng)靈活，收發(fā)平臺之間可以根據(jù)需要任意配置，而且相互獨(dú)立。
在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的被動雙基SAR，則是充分利用現(xiàn)有的信號源，構(gòu)建SAR探測系統(tǒng)。能夠利用的信號源有廣播衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、GSM信號、調(diào)頻廣播等。
相對于其他的信號源，導(dǎo)航衛(wèi)星有著衛(wèi)星數(shù)量多，覆蓋范圍廣，信號穩(wěn)定等優(yōu)勢。因此，利用導(dǎo)航衛(wèi)星作為信號源的雙基SAR(GNSS-SAR)尤其受到研究人員的關(guān)注。
最早于2002年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Li Yong-hong等人將SAR概念應(yīng)用到GPS系統(tǒng)，提出了利用GPS信號對地面進(jìn)行成像，并在MATLAB中構(gòu)建了仿真環(huán)境，對固定接收機(jī)和運(yùn)動接收機(jī)進(jìn)行了成像仿真，獲得了初步結(jié)果。
2006年，英國曼徹斯特大學(xué)的M Usman等人對地面固定式接收機(jī)場景進(jìn)行了研究，使用聚束式SAR的方式利用地表GPS反射信號進(jìn)行成像。由于接收機(jī)為固定方式，相對運(yùn)動只能由GPS衛(wèi)星提供，為了提高方位向分辨率，采取了長時(shí)間合成孔徑的方式，來獲取較大的方位向掃描角。
上圖的仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)和算法的可行性，但由于使用了固定式接收機(jī)，合成孔徑時(shí)間達(dá)到了6個(gè)小時(shí)，因此不具備實(shí)際可操作性。而且，實(shí)際場景的成像結(jié)果也不理想，目標(biāo)無法辨識。
英國伯明翰大學(xué)的微波集成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(MISL)的Mikhail Cherniakov和Michail Antoniou等人，提出了SS-BSAR概念，利用導(dǎo)航衛(wèi)星作為機(jī)會輻射源，使用空地雙基SAR模式進(jìn)行地表成像，并在此方向進(jìn)行了深入的研究。
圖 SS-BSAR系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
伯明翰大學(xué)開展了實(shí)驗(yàn)，首次利用GLONASS衛(wèi)星信號獲得了地表SAR圖像。隨后，又陸續(xù)進(jìn)行了地面軌道、車載、機(jī)載運(yùn)動接收機(jī)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。
利用導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(GNSS-R)進(jìn)行遙感探測，具有設(shè)備簡單、功耗低、覆蓋范圍廣、工作時(shí)間長等優(yōu)勢。基于GNSS-R信號，使用SAR信號處理的方法，對地表進(jìn)行成像，是GNSS-R遙感的新方向，也是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新領(lǐng)域應(yīng)用。
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這個(gè)精品課程來源于用戶合作，全文是WORD可編輯版以及配套的仿真程序，共50頁。其中簡單介紹和分析了四大導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號分析，并以GPS的C/A碼為例進(jìn)行了導(dǎo)航衛(wèi)星的產(chǎn)生以及相關(guān)特性的分析，并利用C/A碼和P碼在不同的模式下進(jìn)行了成像仿真。為理解導(dǎo)航衛(wèi)星以及新體制SAR成像奠定了基礎(chǔ)。
相對于單基SAR，雙基SAR有以下優(yōu)勢：
1. 隱蔽性好。由于收發(fā)分置，接收平臺不發(fā)射信號，因此不容易被探測。2. 能夠多角度探測目標(biāo)。傳統(tǒng)雷達(dá)只能獲取目標(biāo)的后向雷達(dá)散射特性。而使用雙基構(gòu)型，可以從前向、側(cè)向、后向多角度對目標(biāo)進(jìn)行探測。尤其是對隱身目標(biāo)的探測能力，大大強(qiáng)于傳統(tǒng)雷達(dá)。3. 系統(tǒng)靈活，收發(fā)平臺之間可以根據(jù)需要任意配置，而且相互獨(dú)立。
在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的被動雙基SAR，則是充分利用現(xiàn)有的信號源，構(gòu)建SAR探測系統(tǒng)。能夠利用的信號源有廣播衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、GSM信號、調(diào)頻廣播等。
相對于其他的信號源，導(dǎo)航衛(wèi)星有著衛(wèi)星數(shù)量多，覆蓋范圍廣，信號穩(wěn)定等優(yōu)勢。因此，利用導(dǎo)航衛(wèi)星作為信號源的雙基SAR(GNSS-SAR)尤其受到研究人員的關(guān)注。
最早于2002年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Li Yong-hong等人將SAR概念應(yīng)用到GPS系統(tǒng)，提出了利用GPS信號對地面進(jìn)行成像，并在MATLAB中構(gòu)建了仿真環(huán)境，對固定接收機(jī)和運(yùn)動接收機(jī)進(jìn)行了成像仿真，獲得了初步結(jié)果。
2006年，英國曼徹斯特大學(xué)的M Usman等人對地面固定式接收機(jī)場景進(jìn)行了研究，使用聚束式SAR的方式利用地表GPS反射信號進(jìn)行成像。由于接收機(jī)為固定方式，相對運(yùn)動只能由GPS衛(wèi)星提供，為了提高方位向分辨率，采取了長時(shí)間合成孔徑的方式，來獲取較大的方位向掃描角。
上圖的仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)和算法的可行性，但由于使用了固定式接收機(jī)，合成孔徑時(shí)間達(dá)到了6個(gè)小時(shí)，因此不具備實(shí)際可操作性。而且，實(shí)際場景的成像結(jié)果也不理想，目標(biāo)無法辨識。
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圖 SS-BSAR系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
伯明翰大學(xué)開展了實(shí)驗(yàn)，首次利用GLONASS衛(wèi)星信號獲得了地表SAR圖像。隨后，又陸續(xù)進(jìn)行了地面軌道、車載、機(jī)載運(yùn)動接收機(jī)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。
利用導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(GNSS-R)進(jìn)行遙感探測，具有設(shè)備簡單、功耗低、覆蓋范圍廣、工作時(shí)間長等優(yōu)勢。基于GNSS-R信號，使用SAR信號處理的方法，對地表進(jìn)行成像，是GNSS-R遙感的新方向，也是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新領(lǐng)域應(yīng)用。
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