分布式SAR動(dòng)目標(biāo)成像關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、星載合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR）對(duì)地觀測(cè)是完成資源勘探、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)警以及國(guó)土防御等任務(wù)的重要手段。近年來(lái)，為滿足空間對(duì)地觀測(cè)由單任務(wù)向多任務(wù)發(fā)展的需求，基于小衛(wèi)星技術(shù)的分布式 SAR概念被提出。分布式 SAR是將 SAR的收、發(fā)天線分置于不同衛(wèi)星，各衛(wèi)星按一定的構(gòu)形編隊(duì)飛行并協(xié)同工作的多天線雷達(dá)體制，不僅具有單站星載 SAR的全天時(shí)-全天候?qū)Φ赜^測(cè)、對(duì)某些地物的穿透能力等特點(diǎn)，而且能夠

2、通過(guò)多基線、多視角、多波段、多極化等提供的互補(bǔ)信息，完成多種任務(wù)。其中，在民用與軍事領(lǐng)域，動(dòng)目標(biāo)精確定位、測(cè)速與清晰成像對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)、交通路況監(jiān)控、戰(zhàn)場(chǎng)偵察等任務(wù)具有重要意義。分布式SAR對(duì)地面動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)觀測(cè)有助于運(yùn)動(dòng)信息的準(zhǔn)確獲取和成像分辨率的提高，而目前主要面臨衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)引起的空間不同步、動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)精度低、成像分辨率提高與旁瓣增高的矛盾等難題。將分布式 SAR看作一種多天線陣列，建立其回波陣列信號(hào)模型可將以上問(wèn)題統(tǒng)一抽象為陣列

3、信號(hào)的參數(shù)估計(jì)與波束形成問(wèn)題。本文將研究基于多項(xiàng)式相位陣列信號(hào)（Polynomial Phase Array Signal, PPAS）的分布式SAR動(dòng)目標(biāo)成像關(guān)鍵技術(shù)，主要研究?jī)?nèi)容與貢獻(xiàn)如下：
　?。?）建立分布式 SAR回波的陣列信號(hào)模型，并設(shè)計(jì)編隊(duì)構(gòu)形。用二階PPAS來(lái)表示分布式 SAR回波信號(hào)，命名為雙站擴(kuò)展空時(shí)模型（Bistatic Extended Space-Time Model, BESTIM），并根據(jù)BESTIM

4、擬合誤差最小準(zhǔn)則對(duì)編隊(duì)構(gòu)形進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，將最優(yōu)編隊(duì)構(gòu)形的BESTIM作為全文的理論基礎(chǔ)。
　?。?）基于PPAS完成衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)補(bǔ)償，解決分布式SAR空間同步問(wèn)題。首先分析衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)引起的相位誤差，并在BESTIM的基礎(chǔ)上建立含有抖動(dòng)相位誤差的高階 PPAS模型，接下來(lái)提出 PPAS參數(shù)估計(jì)的HIM-MUSIC（High-order Instantaneous Moment-Multiple Signal Classificat

5、ion）方法，補(bǔ)償抖動(dòng)相位誤差，最后用成像結(jié)果表明該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的非參數(shù)化自聚焦方法。
　?。?）基于BESTIM提出分布式 SAR動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的空-時(shí)-頻聯(lián)合處理方法，提高參數(shù)估計(jì)精度。首先提出FrFT-STFD（Fractional Fourier Transform- Space-Time-Frequency Distribution）方法，估計(jì)距離向速度與初始方位，接下來(lái)提出FrFT-CSMUSIC方法（Fraction

6、al Fourier Transform-Cross Spectrum Multiple Signal Classification, FrFT-CSMUSIC），估計(jì)方位向速度。所提方法解決非線陣構(gòu)形分布式 SAR的多通道聯(lián)合信號(hào)處理問(wèn)題，并且比傳統(tǒng)的VSAR（Velocity Synthetic Aperture Radar）、單站FrFT等方法具有更高的參數(shù)估計(jì)性能。
　　（4）基于BESTIM提出分?jǐn)?shù)階距離-多普勒頻譜合成

7、（Fractional Range Doppler Algorithm Spectrum Synthesis, FrRDASS）的超分辨成像方法，使圖像在獲取更高分辨率的同時(shí)降低旁瓣，接下來(lái)給出分布式 SAR回波半實(shí)物數(shù)據(jù)的模擬方法，用該數(shù)據(jù)驗(yàn)證所提成像方法的成像質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)的距離-多普勒算法（Range Doppler Algorithm, RDA）。
　　本文在分布式SAR現(xiàn)有的系統(tǒng)測(cè)控精度下實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)成像，在PPAS框架內(nèi)提