基于FS的距离单元徙动校正算法对提高FMCW-SAR实时成像质量的研究

The high-quality real-time imaging technique of the miniaturization frequency modulated continuous wave (FMCW) synthetic aperture radar(SAR) has a broad application prospect in the aspects like detecting the wound, especially the buried lives, over large areas in the disaster area and the battlefield. However, the classical frequency scaling (FS) algorithm adopted in the pulsed SAR cannot efficiently correct the range cell migration（RCM）. Studying a novel high-quality real-time imaging algorithm becomes one of the key techniques restricting the utility of the FMCW-SAR. This program will establish a preferable signal mode of the FMCW-SAR. On the basis of the classic FS algorithm, the RCM due to the continuous antenna motion will be corrected by introducing phase factors in the range-Doppler domain. The RCM correction method based on the multi-rate signal processing will be proposed to solve the range frequency aliasing. The nonlinearity compensation algorithm will be proposed to eliminate the RCM and the nonlinearity in a squint angle. Research productions of this program will probably improve the real-time imaging quality of the FMCW-SAR, which lays a theoretical foundation for the application of such technique to the succor in the disaster area and the battlefield as soon as possible.

高质量的小型化调频连续波（FMCW）合成孔径雷达（SAR）实时成像技术在实现重灾区和战场大面积伤员探测尤其是被掩埋的生命等方面具有广阔的应用前景。但由于脉冲SAR中经典的频率尺度变换（FS）算法已难以有效地校正FMCW-SAR的距离单元徙动（RCM），发展新的高质量实时成像算法已成为制约FMCW-SAR实用化的关键技术之一。本项目拟首先建立完善的FMCW-SAR模型，在经典的FS算法的基础上，通过在距离-多普勒域内引入相位因子来校正天线的连续运动所带来的RCM；提出基于多速率信号处理的RCM校正算法，克服低采样频率导致的距离向频谱混叠；提出扫频非线性的补偿算法，以完成RCM校正与斜视角情况下扫频非线性的校正并消除距离向的频谱混叠。本课题的研究成果有望提高FMCW-SAR实时成像的质量，为该技术尽快应用于灾区救援和战场救护奠定理论基础。

高质量的小型化调频连续波（FMCW）合成孔径雷达（SAR）实时成像技术在实现重灾区和战场大面积伤员探测尤其是被掩埋的生命等方面具有广阔的应用前景。但由于脉冲SAR 中经典的频率尺度变换（FS）算法已难以有效地校正FMCW-SAR的距离单元徙动（RCM），发展新的高质量实时成像算法已成为制约FMCW-SAR实用化的关键技术之一。目前FMCW-SAR系统普遍存在作用距离短且测绘带窄的缺点，为了改善FMCW-SAR系统的性能，需要寻求新的解决思路。本项目最终目的是服务于灾后救援，因此需要研究基于雷达的人体生命信号探测问题。该项目的主要工作和创造性研究成果有：.（1）研究了多通道FMCW-SAR成像算法，提出了基于数字波束形成和FS算法的多通道FMCW-SAR信号处理方法以提高系统性能，能够在较低脉冲重复频率下获得更高的分辨率和处理增益并降低采样率。.（2）研究了多通道SAR方位向重构处理方法，提出了基于矩阵分解的方位向重构的改进方法，克服了传统方法即矩阵逆方法存在的病态问题。.（3）研究了基于宽带FMCW雷达的多生命信号同时探测算法，提出了双系数最小均方（LSM）滤波的生命信号分离方法，可以同时检测探测范围内的多个人体目标并分别获取各目标的呼吸和心跳信号，并进行长时间监测。.本课题的研究成果有望提高FMCW-SAR实时成像的质量，并对生命信号进行探测，在一定程度上为该技术尽快应用于灾区救援和战场救护奠定了理论基础。