地球同步轨道星载全息SAR关键技术研究

Based on the development trend of high resolution and wide swath, and the development trend of omnidirectional stereo imaging, this project propose the concept of geosynchronous orbit spaceborne holographic SAR imaging. SAR holographic imaging technology is another breakthrough after SAR tomography technology. Through the rational design of the geosynchronous orbit parameters, combined with multi baseline processing technology, geosynchronous orbit spaceborne holographic SAR can realize the wide swath continuous 360 degree stereoscopic observation. It has irreplaceable advantages in terrain mapping, disaster relief, military reconnaissance and search etc.. This project focus on the geosynchronous orbit spaceborne holographic SAR to research the design of circular multi baselines and the holographic imaging theory of spaceborne holographic SAR. In order to lay the theoretical foundation for the development of spaceborne SAR holographic imaging, we design the operation parameters of geosynchronous orbit, establish the SAR echo model of spaceborne holographic, research the holographic imaging algorithm, the motion and atmospheric compensation method, with fully consideration of the synthetic aperture time, imaging area, non-correlation of scattering points, range-azimuth spatial-variant properties, baseline time-varying, sparse non-uniform sampling in the height direction and the atmospheric transmission problem.

本项目结合当前对地观测中高分辨率、宽测绘带需求，以及全方位立体成像的发展趋势，提出地球同步轨道星载全息SAR成像概念。SAR全息成像技术是继SAR层析成像技术之后的又一突破性进展。通过合理地设计地球同步轨道参数，并结合多基线处理技术，能够实现SAR宽测绘带360°持续立体观测，这在地形测绘、减灾救灾、军事侦察和搜索等方面具有不可替代的优势。本项目以地球同步轨道星载全息SAR为研究对象，对星载全息SAR圆迹多基线轨道设计和全息成像理论展开科学研究，充分考虑地球同步轨道星载全息SAR成像过程中合成孔径时间长、成像面积大、散射点非相关、距离方位剧烈空变、基线时变、高度向采样稀疏非均匀以及大气传输等问题，设计地球同步轨道运行参数，建立星载全息SAR回波信号模型，研究全息成像算法以及运动误差和大气效应补偿方法，为地球同步轨道星载SAR全息的发展奠定理论基础。

本项目针对多圆轨道下的地球同步轨道星载SAR，对同步轨道SAR宽测绘带360°全息成像机理和成像算法展开了研究。.主要研究内容包括：地球同步轨道星载全息 SAR 轨道设计与信号解析建模、地球同步轨道星载全息 SAR 二维聚焦、三维聚焦及旁瓣抑制，和运动补偿和大气效应对地球同步轨道星载全息 SAR 成像的影响及其抑制。.本项目旨在深入研究时变多基线处理技术以及阵列信号、稀疏信号和多项式相位信号处理理论在地球同步轨道星载全息SAR 成像中的应用，改进和提出新的基于地球同步轨道观测模型的高分辨全息成像技术，分析地球同步轨道星载全息 SAR 立体成像方法的有效性和实用性。.本项目通过研究，得到重要结果如下:（1）提出的地球同步轨道星载全息SAR圆迹多基线轨道设计方法和地球同步轨道星载全息SAR信号解析模型，为研究同步轨道全息SAR成像奠定了理论基础；（2）提出的基于子孔径 BP-压缩感知的地球同步轨道多基线 SAR 全息成像算法，通过自适应子孔径划分完成二位聚焦，基于压缩感知完成高度重构，实现了地球同步轨道SAR的全息成像；提出的基于空间切趾滤波的同步轨道全息SAR旁瓣抑制算法，可以有效降低全息SAR成像的锥形旁瓣，改善全息SAR成像质量；（3）提出的基于多项式相位信号处理的二阶、三阶相位系数估计方法和多参数多项式相位系数估计方法，针对同步轨道全息成像模式下的相位复杂空变存在航迹向和切航迹向的严重耦合，可以补偿运动误差和大气误差引起的相位误差，提高同步轨道全息SAR成像的鲁棒性。.地球同步轨道全息SAR在高分辨、全视角、持续观测，气候变化分析，全天候目标识别及侦察搜索等方面具有不可替代的优势，本项目的研究为我国同步轨道全息SAR系统的发展和应用做好理论和技术支撑，具有重要的科学意义和和实用价值。