基于FMCW信号的“星-机”双站SAR前视成像处理方法研究

In this project, the study on approaches of image formation for frequency modulated continuous wave spaceborne/airborne hybrid bistatic forward-looking SAR (FMCW-SA-BFSAR) is proposed by combination of bistatic forward-looking SAR and FMCW technology, based on the author's research experience of the bistatic SAR and FMCW SAR, and the latest results in the related fields. This kind of radar not only is able to image the forward-looking area, where the conventional monostatic SAR shows a limitation of high azimuth resolution, but also has many advantages such as small size, light weight and low cost. At the same time, however, the image formation for the FMCW-SA-BFSAR is a challenge, because the conventional stop-and-go approximation of the pulsed SAR is invalid any more. Besides, separation of transmitter and receiver, large squint angle, long synthetic time, great bistatic degree, significant two-dimensional variation, and the nonlinearity between transmitter and receiver ranges, brings huge difficulty to the image formation, as well. Here, we will study on the key problems and algorithms of system analysis and optimal design, image formation algorithm, and parameters estimation. It not only shows large theory value, but also has wide application potential. We believe this project will mightily push the author and his teammates to produce some high quality and original work in the field of SAR image formation, if it is supported.

本项目基于申请人在双站SAR、FMCW SAR成像处理工作的研究基础和相关领域的最新成果，将双站前视SAR与FMCW技术相结合，提出了采用FMCW信号的"星-机"双站前视SAR成像处理的研究工作。该雷达不仅可以实现对传统单站SAR的成像盲区- - 前视区域进行高分辨率成像，还具有体积小、重量轻、造价低等优点，但同时也面临着"停-走-停"模型失效、收发分置、大斜视角、长合成孔径时间、大双站度、方位向剧烈空变、收发斜距非线性等问题，给成像处理工作带来了极大的挑战。本项目重点对该雷达的系统分析与设计、成像算法、参数估计等三方面的基础理论与关键算法开展研究，既有重要的理论研究价值，又有广阔的应用前景。我们相信，该项目的资助将有力地促使申请人与项目组在SAR成像处理领域生成若干高质量、原创性的研究成果。

本项目基于申请人及项目组在双站SAR、前视SAR成像处理工作的研究基础和相关领域的最新成果，将双站SAR与前视成像技术相结合，重点研究双站前视SAR，FMCW双站前视SAR及“星-机”双站前视SAR的成像处理相关理论与技术。由于双站SAR成像处理存在大量的理论与技术需要攻克，申请人本着先易后难、逐步推进的原则，制定了一站固定式双站SAR、非平飞双站SAR、双站前视SAR这样一条循序渐进的研究思路，对三类双站SAR的系统设计、成像算法、参数估计等研究内容展开深入研究。在一站固定式双站SAR方面，针对距离-方位二维空变描述不够准确导致成像性能迅速下降的问题，提出了一种用于描述回波距离-方位空变特性的椭圆模型，基于该模型对空变的回波方位调频率进行了分析，并重新推导非线性调频变标(NLCS)算法的方位变标函数和方位压缩系数，从而改进了适用于一站固定式双站SAR的NLCS成像算法。在大斜视非平行双站SAR方面，针对传统处理方式距离徙动矫正的剩余误差较大的问题，本项目提出了将线性距离走动矫正、Keystone变换和一致距离徙动矫正相结合的方法，大幅提高了距离徙动矫正的精度。针对传统方式在方位向处理中二次相位误差较大，且拓展NLCS处理效果无改善的问题，本项目提出了适用于非平飞双站SAR处理的椭圆模型，并改进了拓展的NLCS算法，使之适用于大斜视非平飞双站SAR的成像处理。在双站前视SAR方面，针对传统回波模型不够准确的问题，从前视成像的机理出发，建立了更精确的双站前视SAR回波模型。针对在方位处理中存在的前视角变化、多普勒中心及调频率空变的问题，本项目进一步改进了用于描述前视回波距离-方位空变特性的椭圆模型，并推导出了适用于双站前视SAR的改进的拓展NLCS算法。通过本项目的执行，申请人及项目组获得了多项原创性成果，已发表或录用高质量论文6篇，另有6篇尚在审稿当中，有望于近期出版，申请发明专利1项，培养硕士研究生4人，完成了当时制定的研究计划。