星载地理参考滑动聚束SAR理论与方法研究

Conventional spaceborne synthetic aperture radar (SAR) performs with low efficiency in observing regions that are not parallel with the satellite orbit, in aspects of data acquisition, data utilization and raw data focusing. To solve this problem, this project proposes a spaceborne geographically referenced sliding spotlight synthetic aperture radar (GRSS-SAR) system. By continuously manipulating two-dimensional beam scanning with respect to the target region, the spaceborne GRSS-SAR can achieve higher data acquisition efficiency, higher data utilization efficiency, faster raw data focusing speed and better azimuth resolution than that of classical spaceoborne stripmap SAR. This project will conduct researches in aspects of beam controlling strategy, non-uniform spatial sampling method and fast data focusing method, especially focusing on techniques of multi-interval non-uniform spatial sampling method and imaging method for echoes with strong spatial variance in a “scene” space. This project expects to establish a preliminary theory for the spaceborne GRSS-SAR and to develop a full-chain simulation software. Outcomes of this project will provide theoretical foundation and technical support for practical applications of the spaceborne GRSS-SAR system.

传统的星载合成孔径雷达（ SAR）对非平行于卫星轨道的目标区域进行观测时存在数据获取效率较低、数据利用效率较低和成像处理速度较差的问题。针对这些问题，本项目拟提出一种星载地理参考滑动聚束SAR（GRSS-SAR）的工作模式，通过控制天线波束进行连续的二维扫描，生成与目标场景走向“匹配”的波束覆盖区，如此可显著提高星载SAR系统的数据获取效率、数据利用效率和成像处理速度，并可实现优于条带模式星载SAR的方位分辨能力。本项目将针对星载GRSS-SAR系统，开展天线波束控制研究、非均匀空间采样研究和快速成像处理研究，重点突破“多脉冲间隔的非均匀空间采样方法”和“基于‘场景’空间的快速成像处理方法”两项关键技术，初步形成星载GRSS-SAR系统设计与成像处理的理论体系，并完成全链路仿真验证软件的开发。本项目的研究成果可为星载GRSS-SAR系统的实际应用提供理论依据与技术支撑。

本课题研究了一种新的GRSS-SAR系统的系统设计方法和成像处理方法，与传统的星载滑动聚束SAR不同，GRSS-SAR可提供调整波束进行连续的二维扫描，生成与目标观测带匹配的地理参考波束覆盖带。本研究首先根据地理参考滑动聚束SAR的数据获取特点，设计了一种近似垂直于波束覆盖点的波束指向，针对数据获取过程中由于剧烈的斜距变化导致的发射脉冲遮挡的问题，设计了一种连续调整发证脉冲间隔的非均匀方位方法，利用方位采样间隔的变化，抵消数据获取过程中的斜距变化，为避免成像处理过程中回复完整的距离移动从而引入大量的无效数据，本研究提出了一种改进的极坐标格式算法，相对于传统的极坐标格式算法，改进的极坐标格式算法针对GRSS-SAR的非均匀采样方式，采用了一种改进的二维解线调频滤波处理和一种改进的波数域插值矫正处理方法。基于改进的极坐标格式算法的数据处理方法，本研究分析了GRSS-SAR雷达参数，如二维采样点数、发射脉冲宽度、参考脉冲间隔、载频、采样率、滑动聚束因子和数据获取时间长度等的设计方法，最后通过与传统星载滑动聚束SAR在总采样点数和总运算负荷两方面的对比，说明了GRSS-SAR的优势。本项目的研究成果可为星载SAR新体制数据获取方式的发展与成熟提供理论依据与技术支撑。