基于压缩感知的稀疏阵列MIMO-SAR成像及动目标检测

The Multiple-Input and Multiple-Out Synthetic Aperture Radar (MIMO-SAR), with promising prospect in high-resolution and wide-swath imaging, Ground Moving Target Indication (GMTI), is intensively studied in the SAR community. However, the normal array MIMO-SAR suffers from the bottlenecks of overload antenna array, high cost, high power consumption, huge data volume and the hard data transmission, and so on. And they result in the intractability of using normal array MIMO-SAR for space-borne system. Taking advantage of the spars array arrangement, the sparse array MIMO-SAR can potentially overcomes these disadvantages meanwhile not sacrifice the performance of normal array MIMO-SAR. Towards the practical application of sparse array MIMO-SAR and with the Compressive Sensing (CS), this project exploits the removing ambiguity and imaging for MIMO-SAR and the optimized design of sparse array arrangement for recovering signal performance. Based on these issues, a novel algorithm, tackling the GMTI and high-resolution and wide-swath imaging for static state scene simultaneously will be proposed. It is believe that the project is of significance to both the theory research and the engineering implementation for the sparse array MIMO-SAR.

MIMO-SAR系统在高分辨率宽测绘带成像、运动目标检测等方面具有巨大的优势，是当前SAR领域研究的热点。但常规阵列MIMO-SAR存在天线阵列质量大、成本高、功耗大、数据量大和下传困难等缺点，这使得单星SAR系统较难采用MIMO体制。稀疏阵列MIMO-SAR由于阵列的稀疏排布，能在保持和提升常规阵列MIMO-SAR成像和检测性能的基础上，具有克服其缺点的潜力。本课题面向稀疏阵列MIMO-SAR的实际应用，在阵列稀疏排布的基础上，结合压缩感知理论，研究稀疏阵列MIMO-SAR高分辨宽测绘带解模糊及成像算法；围绕信号稀疏恢复性能，展开对阵列的优化排布设计；在研究稀疏阵列MIMO-SAR解模糊成像的基础上，提出一种可同时进行动目标检测成像与对静止目标实现高分辨宽测绘带成像的算法。课题的研究对稀疏阵列MIMO-SAR的理论研究和工程实现具有重要意义。

MIMO-SAR在高分辨率宽测绘带成像、运动目标检测等方面具有巨大的优势，是当前SAR成像领域的研究热点之一。但常规阵列MIMO-SAR存在天线阵列成本高、功耗大、数据量大和下传困难等缺点，增加了系统复杂度。稀疏阵列MIMO-SAR由于阵列的稀疏布局，能在保持和提升常规阵列MIMO-SAR成像和检测性能的前提下，有效降低系统复杂度。.本项目面向稀疏阵列MIMO-SAR的实际应用，主要开展了多维波形编码稀疏阵列MIMO-SAR解模糊及成像技术、正交波形稀疏阵列MIMO-SAR解模糊及成像技术、稀疏阵列排布优化设计技术和稀疏阵列MIMO-SAR动目标检测与成像技术研究。针对发射多维波形编码的稀疏阵列MIMO-SAR系统，结合稀疏阵列的优势，研究方位扫描参差发射、稀疏面阵接收；俯仰扫描参差发射、稀疏面阵接收的雷达工作模式下的多波束解模糊和成像技术，实现了宽测绘带成像的解模糊处理；研究了正交分集技术的MIMO-SAR，建立点目标与等效多通道回波间映射关系的数学模型；突破了常规MIMO-SAR成像的限制，缩小了阵列排布优化的空间，实现了稀疏阵列的优化设计；实现了稀疏阵列MIMO-SAR对动目标和地面场景同时成像；并开展了MIMO-SAR实验与数据处理；此外，还开展了机载弧形阵列MIMO微波成像新体制研究，首次提出了弧形阵列MIMO微波成像新机制，通过圆弧布局天线阵元合成弧形孔径和相干累积实现阵列向分辨，波传播方向发射带宽信号实现距离向分辨，完成了微波暗室原理验证试验，获得良好的成像效果，验证了成像原理和处理方法的有效性。.本项目研究过程中，已申请国家发明专利14项，其中授权发明专利4项；在国际会议和学术期刊上发表论文14篇，其中SCI检索论文8篇，EI检索论文11篇；培养硕士研究生2名，联合培养博士研究生1名；项目组成员中获得获第三届国家高分学术年会青年创新基金论文奖、2015年IET国际雷达会议优秀论文奖、内蒙古自治区青年科技奖等多项奖励，入选多项省级人才计划；项目负责人带领研究团队成员成立了内蒙古自治区雷达技术与应用重点实验室，未来将进一步开展与此相关的研究工作。本项目的研究工作将为新体制星载和机载SAR提供方法支撑，对MIMO-SAR的工程实现与应用具有重要意义。