多模式星载合成孔径雷达成像算法研究

摘要

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是航天系统重要的微波遥感手段，在军事和国民经济领域都有着重要的应用。随着星载SAR应用场合的愈加广泛，对成像分辨率和测绘带宽等性能指标也提出了越来越多的要求，因此，现如今先进的星载SAR系统往往要求具备多种工作模式以适应这样的发展趋势。多工作模式是指除了条带SAR这一基本模式之外，系统还可以工作在ScanSAR、TOPSAR等宽测绘带模式及聚束SAR、滑动聚束SAR等高分辨率模式，具备多模式的星载SAR系统的对地观测能力可以被极大地增强。另外，新模式不断涌现的同时也伴随着成像算法的更新。基于以上背景，本文立足于高分辨率和宽测绘带两个基本需求，着重研究了几种热点SAR工作模式的信号处理方案，具体内容如下： 1、从星载滑动聚束模式的回波模型出发，研究其高分辨率成像算法。通过分析该模式的方位时频关系，得出其成像时面临方位欠采样的问题。为使经典成像算法能直接应用于滑动聚束模式，将全孔径数据进行了保证方位无模糊的子孔径划分。星载SAR高分辨成像时传统双曲距离模型失效，对此研究了结合沿视线方向轨道一步运动补偿的?k成像算法，从运动补偿和成像算法的角度使成像误差最小。最后运用方位基频变标原理完成了子孔径数据的拼接和方位向压缩，并给出了详细处理流程。 2、将极坐标格式算法(Polar Format Algorithm,PFA)推广应用到星载TOPS模式中。TOPS模式特殊的扫描方式使其成像同时出现方位频域混叠和方位时域混叠，较之聚束模式的处理更加复杂，必须对传统的PFA进行改进。首先构造了基于旋转中心的方位去斜函数以减小方位总带宽，保证后续两维插值的正确处理，然后推导并补偿了多余的空不变相位，最后提出利用方位变标原理解决时域混叠问题，仿真实验证明了广义PFA应用到TOPSAR的有效性。 3、提出了一种能够实现宽测绘带成像的新型环视扫描模式，借鉴ScanSAR的扫描思想，使雷达天线作圆锥扫描的同时，由近及远地对多个距离子带进行周期性分时扫描，分析了该模式下天线波束在各子带的驻留时间分配准则以及成像参数间的依赖关系，然后在子孔径内完成成像及基于真实地理位置和成像点间映射关系的几何失真校正，最后通过图像拼接得到完整的环形成像图。经过仿真数据验证，所提成像方案在保证成像质量的前提之下能极大地拓宽测绘带。

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