星载间歇式合成孔径雷达信号处理方法研究

Spaceborne synthetic aperture radar (SAR) is capable of providing global imaging with high resolution, which is a hot spot in microwave Earth observation field. Spaceborne interrupted SAR is a new technique which includes three typical modes: ScanSAR mode, Staggered PRF mode and interrupted frequency modulated continuous wave (IFMCW) mode. ScanSAR mode is widely used for wide-coverage imaging. Staggered PRF mode and IFMCW are new techniques for spaceborne SAR. The former mentioned mode can provide high-resolution and wide-coverage imaging and the latter one can be used on ultra-small satellite platform. However, the above mentioned modes and techniques can only receive interrupted time series of radar echo due to the constraint of timing diagram, which leads to missing samples and degraded image quality. To solve these problems, this project will devote to systematic research on signal processing of interrupted SAR modes, which includes 1) constructing generic signal model of interrupted SAR modes; 2) proposing robust signal processing method for interrupted SAR modes; 3) validating the signal processing method using spaceborne and airborne SAR real data. The research results of this project, on the one hand, can be utilized on the performance optimization and improvement to China’s spaceborne SAR system in orbit and in research. On the other hand, it can provide theoretical basis for future techniques of spaceborne SAR system.

星载合成孔径雷达(SAR)具有全球高分辨率成像的能力，一直是微波对地观测领域的研究热点。星载间歇式SAR是方位合成孔径间断的一种体制，该体制主要包括三种典型形式：ScanSAR、捷变频 (捷变PRF) 和间歇调频连续波 (IFMCW)。ScanSAR是一种广泛应用的宽测绘带成像模式；捷变PRF和IFMCW是两种新体制星载SAR技术，前者可以同时获取高分辨率和宽测绘带图像，后者则可以应用于超小型卫星平台。受时序约束，方位合成孔径间断会使雷达间歇性地接收回波，造成数据缺失，严重影响图像质量。本项目将系统地开展星载间歇式SAR信号处理方法研究，包括：建立通用的回波信号模型；提出稳健的信号处理方法；形成高效高精度的信号处理方案；对信号处理方法进行系统的实验验证。本项目研究成果一方面可用于我国在轨和在研星载SAR系统的性能优化和提升，另一方面还可为我国未来新体制星载SAR系统奠定理论基础。

星载合成孔径雷达(SAR)具有全球高分辨率成像的能力，一直是微波对地观测领域的研究热点。星载间歇式SAR是方位合成孔径间断的一种体制，可表现为多种间断形式。方位合成孔径间断会使雷达间歇性地接收回波，造成数据缺失，严重影响图像质量。在该基金支持下，项目组开展了四种典型间断形式的星载间歇式SAR体制研究，包括扫描SAR（ScanSAR）、捷变重频（捷变PRF）、间歇调频连续波(IFMCW)和Mosaic。主要研究内容如下：.1)构建了统一的星载间歇式SAR信号模型。从星地成像几何和目标回波的空、时、频特征入手，总结出了间歇式SAR体制的共性特征，同时结合数学方法，构建了统一的高精度变换域信号模型。.2)提出了稳健的星载间歇式SAR信号处理方法。基于上述构建的统一化星载间歇式SAR信号模型，综合考虑不同间断形式的个性特征（不同的缺失类型、缺失率和缺失周期），结合现代谱估计技术，分别提出了适用于ScanSAR、捷变PRF、IFMCW和Mosaic模式的间歇式SAR信号处理方法。.3)开展了充分的星载间歇式SAR仿真和外场试验验证。为了验证所提模型和信号处理方法的正确性和有效性，开展了多架次的外场试验验证。针对ScanSAR、捷变PRF和Mosaic模式，根据在研和未来星载SAR的实际应用需求，设计并开展了相应的机载SAR飞行试验，进行等效验证。对于IFMCW模式，机载平台无法完全等效，故采用“机载实测数据+后期仿真”的形式进行等效验证。.项目开展期间，取得以下主要科研成果：累计发表标注项目编号的相关SCI源刊论文16篇，其中项目主持人以第一作者/第一通信作者身份发表论文10篇；多次参加国内外学术交流，作为主办方，组织召开学术研讨会1次，发表标注项目编号的相关EI会议论文2篇；申请并受理相关国家发明专利3项。.本项目研究成果一方面可用于我国在轨和在研星载SAR系统的性能优化和提升，另一方面还可为我国未来新体制星载SAR信号处理提供技术支撑。