利用GPS信号对地面进行成像的Matlab仿真
时间：2021-12-07 14:23:46
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[导读]双基SAR(BistaticSAR)和多基SAR(Multi-staticSAR)逐渐成为SAR领域的热点研究内容之一。相对于单基SAR，双基SAR有以下优势：1.隐蔽性好。由于收发分置，接收平台不发射信号，因此不容易被探测。2.能够多角度探测目标。传统雷达只能获取目标的后向雷达...
双基SAR(Bistatic SAR)和多基SAR(Multi-static SAR)逐渐成为SAR领域的热点研究内容之一。
相对于单基SAR，双基SAR有以下优势：
1. 隐蔽性好。由于收发分置，接收平台不发射信号，因此不容易被探测。2. 能够多角度探测目标。传统雷达只能获取目标的后向雷达散射特性。而使用双基构型，可以从前向、侧向、后向多角度对目标进行探测。尤其是对隐身目标的探测能力，大大强于传统雷达。3. 系统灵活，收发平台之间可以根据需要任意配置，而且相互独立。
在此基础上发展而来的被动双基SAR，则是充分利用现有的信号源，构建SAR探测系统。能够利用的信号源有广播卫星、通讯卫星、GSM信号、调频广播等。
相对于其他的信号源，导航卫星有着卫星数量多，覆盖范围广，信号稳定等优势。因此，利用导航卫星作为信号源的双基SAR(GNSS-SAR)尤其受到研究人员的关注。
最早于2002年，澳大利亚新南威尔士大学的Li Yong-hong等人将SAR概念应用到GPS系统，提出了利用GPS信号对地面进行成像，并在MATLAB中构建了仿真环境，对固定接收机和运动接收机进行了成像仿真，获得了初步结果。
2006年，英国曼彻斯特大学的M Usman等人对地面固定式接收机场景进行了研究，使用聚束式SAR的方式利用地表GPS反射信号进行成像。由于接收机为固定方式，相对运动只能由GPS卫星提供，为了提高方位向分辨率，采取了长时间合成孔径的方式，来获取较大的方位向扫描角。
上图的仿真结果验证了系统和算法的可行性，但由于使用了固定式接收机，合成孔径时间达到了6个小时，因此不具备实际可操作性。而且，实际场景的成像结果也不理想，目标无法辨识。
英国伯明翰大学的微波集成系统实验室(MISL)的Mikhail Cherniakov和Michail Antoniou等人，提出了SS-BSAR概念，利用导航卫星作为机会辐射源，使用空地双基SAR模式进行地表成像，并在此方向进行了深入的研究。
图 SS-BSAR系统拓扑结构
伯明翰大学开展了实验，首次利用GLONASS卫星信号获得了地表SAR图像。随后，又陆续进行了地面轨道、车载、机载运动接收机实验。实验结果如下图所示。
利用导航卫星反射信号(GNSS-R)进行遥感探测，具有设备简单、功耗低、覆盖范围广、工作时间长等优势。基于GNSS-R信号，使用SAR信号处理的方法，对地表进行成像，是GNSS-R遥感的新方向，也是卫星导航系统的新领域应用。
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这个精品课程来源于用户合作，全文是WORD可编辑版以及配套的仿真程序，共50页。其中简单介绍和分析了四大导航卫星系统的信号分析，并以GPS的C/A码为例进行了导航卫星的产生以及相关特性的分析，并利用C/A码和P码在不同的模式下进行了成像仿真。为理解导航卫星以及新体制SAR成像奠定了基础。
相对于单基SAR，双基SAR有以下优势：
1. 隐蔽性好。由于收发分置，接收平台不发射信号，因此不容易被探测。2. 能够多角度探测目标。传统雷达只能获取目标的后向雷达散射特性。而使用双基构型，可以从前向、侧向、后向多角度对目标进行探测。尤其是对隐身目标的探测能力，大大强于传统雷达。3. 系统灵活，收发平台之间可以根据需要任意配置，而且相互独立。
在此基础上发展而来的被动双基SAR，则是充分利用现有的信号源，构建SAR探测系统。能够利用的信号源有广播卫星、通讯卫星、GSM信号、调频广播等。
相对于其他的信号源，导航卫星有着卫星数量多，覆盖范围广，信号稳定等优势。因此，利用导航卫星作为信号源的双基SAR(GNSS-SAR)尤其受到研究人员的关注。
最早于2002年，澳大利亚新南威尔士大学的Li Yong-hong等人将SAR概念应用到GPS系统，提出了利用GPS信号对地面进行成像，并在MATLAB中构建了仿真环境，对固定接收机和运动接收机进行了成像仿真，获得了初步结果。
2006年，英国曼彻斯特大学的M Usman等人对地面固定式接收机场景进行了研究，使用聚束式SAR的方式利用地表GPS反射信号进行成像。由于接收机为固定方式，相对运动只能由GPS卫星提供，为了提高方位向分辨率，采取了长时间合成孔径的方式，来获取较大的方位向扫描角。
上图的仿真结果验证了系统和算法的可行性，但由于使用了固定式接收机，合成孔径时间达到了6个小时，因此不具备实际可操作性。而且，实际场景的成像结果也不理想，目标无法辨识。
英国伯明翰大学的微波集成系统实验室(MISL)的Mikhail Cherniakov和Michail Antoniou等人，提出了SS-BSAR概念，利用导航卫星作为机会辐射源，使用空地双基SAR模式进行地表成像，并在此方向进行了深入的研究。
图 SS-BSAR系统拓扑结构
伯明翰大学开展了实验，首次利用GLONASS卫星信号获得了地表SAR图像。随后，又陆续进行了地面轨道、车载、机载运动接收机实验。实验结果如下图所示。
利用导航卫星反射信号(GNSS-R)进行遥感探测，具有设备简单、功耗低、覆盖范围广、工作时间长等优势。基于GNSS-R信号，使用SAR信号处理的方法，对地表进行成像，是GNSS-R遥感的新方向，也是卫星导航系统的新领域应用。
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