星载分布式多基合成孔径雷达信号重构与成像方法研究

Multistatic Synthetic Aperture Radar (SAR) is characterized by the spatial separation between the transmitter and receiver. Multistatic SAR system has broad application prospects due to the diversity of system configurations and flexibility of platform collocation. Currently, multistatic SAR is also the prime support object of the major national special project of high-resolution Earth observation, and the national defense projects. To break the mutual constraints between resolution and swath width, multi-channel scheme is introduced into the monostatic SAR system. However, a single satellite with multi-channel will become more complex when the resolution improves because the huge antenna, high energy requirement et al. In this project, a spaceborne multistatic SAR system is applied, where some small distributed platforms receive the echo signal coherently. Firstly, the slant range model is analyzed under the condition of high resolution and long baseline, and the azimuth pulse response transfer model is proposed. Then, integrated with the correction of signal unbalance correction, a multistatic distributed phase-center signal reconstruction method is constructed. To get the final SAR image of high quality, a bistatic SAR imaging method of long synthetic time and wide swath, using an efficient bistatic SAR data focusing kernel. With the heterogeneous computing technology，a fast multistatic SAR data processing platform will be built. This project studies the signal processing method for the spaceborne SAR system, and could provide some theory foundation for the future spaceborne multistatic SAR missions.

多基合成孔径雷达(SAR)以收发平台空间分置作为基本特征，具有系统构型多样、平台搭配灵活的特点，具备广阔的应用前景，目前也是国家高分辨率重大科技专项和国防型号工程重点支持领域。为突破分辨率与幅宽的相互制约，单基SAR引入方位多通道体制。而随着分辨率进一步提升，单星多通道SAR系统面临天线重量大、系统功耗高等问题。本课题拟采用多基SAR体制，以分布式小卫星作为接收通道实现分布式相干合成。首先分析高分辨率长基线情况下的斜距模型，建立起多基SAR方位向脉冲响应模型；其次，融合平台间信号非均衡校正，形成多基分布式相位中心信号重构方法；最后，研究高分辨率宽幅双基SAR成像算法，建立结合轨迹信息和外部DEM的成像算法核心，并利用异构计算技术，建立快速多基SAR数据处理平台。本课题研究星载分布式多基SAR的信号重构和精确成像方法，为未来国防重大航天对地观测技术发展提供理论支撑。

分布式多基SAR具备收发分置、视角及基线配置灵活、构型多样等优势，将进一步提升未来多基SAR系统的观测能力，未来将会在军事侦察、环境监测、动态地球测量和海洋监视等领域发挥重要作用。以多颗只接收小卫星构成分布式多相位中心的模式也是实现高分宽幅的一种重要途径。 本项目针对星载分布式多基SAR系统，开展分布式相位中心信号重构与精细化成像技术的研究与探索，将从多基SAR方位向脉冲响应模型、分布式相位中心信号重构和通道不均衡补偿方法、精确双基SAR成像等三个递进的层面开展研究，主要研究内容包括：.（1）多基SAR方位向脉冲响应模型。在发射机和接收机分布于空间不同位置的情况下，回波信号的距离历程由单基SAR情况下的“单根式”形式变成“双根式”形式，且信号发射和接收平台的速度矢量不同，传统单基SAR的脉冲响应函数不再适用于多基SAR的复杂几何构型，因此，需建立新的多基SAR信号脉冲响应函数模型。.2）多基SAR分布式相位中心信号重构方法。研究适用于分布式相位中心信号重构方法，克服长基线情况下的信号采样非均匀问题、非相干积累等问题。.3） 高分宽幅场景下的多基SAR精确成像算法。解决轨道弯曲效应、“走-停”假设等产生残余相位误差，以及宽测绘带条件下的成像参数二维空变问题。..本项目在基金委的支持下，按照研究计划顺利完成上述各项研究内容，并在科学研究、论文、学术交流和人才培养方面取得多项成果：发表SCI论文6篇，共授权发明专利3项，成果将直接用于国家民用空间基础设施（2015-2025）首个卫星型号工程陆探-1号的在轨测试工作，为国家后续和未来星载双/多基SAR 系统提供了一定的理论支撑。