机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计和成像方法研究

Airborne circular stripmap synthetic aperture radar (CSSAR), which was developed a few years ago, is a new mode of SAR operation. Airborne CSSAR has the advantages of periodic revisiting and large coverage, and thus is an attractive tool for ground moving target indication (GMTI). However, the studies on airborne CSSAR are mainly focused on stationary scene imaging, while the study on GMTI with airborne multichannel CSSAR has not been reported. Compared with the conventional straight-path SAR, airborne CSSAR’s circular motion makes the relative motion between the radar and a ground moving target be more complicated, which makes the signal modeling and the design of GMTI methods be more difficult. In this project, the issues of ground moving target signal modeling, motion parameter estimation and imaging will be studied via methods of theoretical analysis, numerical simulation and real data processing. First, a ground moving target’s signal characteristic, as well as the target’s signal models in each domain and the signal models after the displaced phase center antenna (DPCA) clutter suppression are investigated. Then, the method which can accurately estimate the target’s velocities and accelerations and the method that can image the target efficiently and precisely are studied. The research results will provide a support on theories and methods for the practical application of airborne multichannel CSSAR-GMTI systems.

机载圆轨迹条带合成孔径雷达（CSSAR）是近几年兴起的一种新的SAR工作模式，它具有周期性重访和覆盖范围广的特点，因而适合用于地面运动目标指示（GMTI）。但是，目前对机载CSSAR的研究还主要集中在静止场景成像方面，而对机载多通道CSSAR下的GMTI问题的研究还未见报道。与常规直线轨迹SAR相比，机载CSSAR的圆周运动导致雷达与目标之间的相对运动更加复杂，从而使得目标信号建模和GMTI方法设计面临更多困难。本项目拟通过理论分析、数值仿真和实测数据处理等手段研究机载多通道CSSAR下的地面匀速及加速目标信号建模、运动参数估计和成像。首先研究目标的信号特性、目标在各个域中的信号模型和偏置相位中心天线杂波抑制后的目标信号模型。然后研究能精确估计目标速度和加速度的运动参数估计方法和能对目标进行高效、高质量成像的方法。研究结果将为机载多通道CSSAR-GMTI系统的实际应用奠定理论和方法基础。

机载圆轨迹条带合成孔径雷达（Circular Stripmap Synthetic Aperture Radar, CSSAR）具有观测范围广、重访时间短等优点，适合用来执行地面运动目标指示（Ground Moving Target Indication, GMTI）任务。但雷达平台的圆迹运动也导致雷达与目标之间的相对运动变得很复杂，在目标的距离历程和相位历程中，目标的位置、速度、加速度之间还存在复杂的耦合关系，从而使得GMTI方法设计面临很多困难和挑战。在此背景下，本项目研究了机载多通道CSSAR下地面运动目标的信号建模、运动参数估计和成像。本项目的主要成果为：①建立了多项式距离历程模型，揭示了影响该距离历程模型的因素以及该距离历程模型的适用范围，并基于建立的距离历程模型，推导了目标信号的表达式；②揭示了目标位置、速度和加速度之间的耦合关系，提出联合利用目标的多普勒信息、SAR图像中的位置信息以及沿航向干涉相位信息，来实现对目标位置和速度的准确估计；③针对匀速目标，提出通过在二维频域进行距离徙动校正来减少成像时需要搜索的参数，从而实现对目标的高效成像；针对高距离分辨率系统，提出交替进行距离徙动校正和方位压缩的方法，来实现对目标的精确成像；对于加速目标和高方位分辨率系统，提出通过建立新的等效距离历程模型，以在保证成像质量的前提下减少成像时需要搜索的参数，从而实现对目标的高效、高质量成像。本项目的成果能为机载CSSAR在空对地侦查与监视领域中的应用，提供理论支撑。