曲线轨迹运动平台合成孔径雷达(SAR)成像方法研究

In the traditional model of synthetic aperture radar (SAR), the radar platform should have a uniform linear trajectory. In practice, the SAR motions, which are highly nonlinear or curvy caused by three-dimensional (3-D) acceleration, rate of acceleration, or even rate of rate of acceleration(3-D acceleration vector for short), cannot be used in the traditional model. In this case, the signal processing is still a main problem. To solve the problem, a geometrical model of the curved-path SAR with acceleration is graphically illustrated by vector notation. Moreover, the gradient method will be utilized to point out the effects of the motion parameters, namely, velocity vector and acceleration vector, on traditional imaging method, total bandwidth, and image resolution. Based on the accurate model, the general focusing algorithms with the incorporations of the pre- and post- processing will be studied to focus the raw-data. Applicability will be given by using theoretical analysis and numerical experiments. All these general analyses can be applied to different realizations of curved-path SAR. Moreover, this research promotes the development of the theory of SAR signal processing.

传统的合成孔径雷达(SAR)通常假设平台近似匀速直线运动，但是实际情况下，根据不同任务需求，如成像制导、三维成像等，要求雷达平台作曲线轨迹运动，考虑到三维加速度、加加速度甚至于加加加速度(这里统称为三维加速度)的存在，成像处理方法仍是一个难题，同时也是国内外的一个研究热点。为了解决这一问题，首先利用矢量分析法和运动学原理，研究三维加速度对SAR成像特性的影响，并定量研究对加速度补偿的要求，建立补偿准则，为算法的设计奠定基础；其次，研究三维加速度对方位维带宽的影响，拟提出一种全孔径的方位维预处理方法，避免子孔径的划分，解决方位维频谱混叠问题；最后，结合矢量分析和时频分析，拟提出基于全孔径的成像聚焦方法，解决三维加速度带来的耦合特性和空变特性问题，突破传统算法在曲线轨迹SAR应用上的限制。本项目为曲线运动轨迹SAR成像提供了新的技术途径，对于提升SAR的应用范围具有重要的理论意义和广阔的前景。

本项目针对雷达平台作曲线轨迹运动进行成像时，三维加速度、加加速度甚至于加加加速度(这里统称为三维加速度)的存在带来的问题，首先利用矢量分析法和运动学原理，研究三维加速度对SAR成像特性的影响，并定量研究对加速度补偿的要求，建立补偿准则，为算法的设计奠定基础；其次，研究三维加速度对方位维带宽的影响，提出了一种全孔径的方位维预处理方法，避免子孔径的划分，解决方位维频谱混叠问题；最后，结合矢量分析和时频分析，提出了基于全孔径的成像聚焦方法，解决三维加速度带来的耦合特性和空变特性问题，突破传统算法在曲线轨迹SAR应用上的限制。本项目为曲线运动轨迹SAR成像提供了新的技术途径，对于提升SAR的应用范围具有重要的理论意义和广阔的前景。