机载阵列下视SAR高分辨率成像模型与处理方法研究

With the advantage of reducing layover and shadow effects caused by terrain and targets occlusion, airborne array Downward Looking SAR (DL-SAR) performs high precision surveying and mapping in highly topographic regions. Institutes both at home and abroad pay great attention to airborne array DL-SAR, nowadays. Focusing on the key problems of degraded imaging quality caused by sparse array complex distribution and low cross-track resolution caused by short sparse array, this project will establish the analytical signal model with full consideration of the influence to the image quality of the system error and the platform motion error; develop the high resolution airborne array DL-SAR phase compensation methods; improve or propose new image reconstruction methods based on the measurement matrix to improve the cross-track resolution, and analyze their performance, precision and scope of application. In order to validate the proposed system model and processing algorithms, out-field experimental system will be built for data acquisition based on the existing hardware. This project will provide model and method support for the radar system development and the ground data processing of airborne array DL-SAR.

机载阵列DL-SAR由于能够有效降低地形起伏、目标相互遮挡所带来的叠掩、阴影等影响，实现高起伏地形区域高精度测绘等应用，受到了国内外众多研究机构的高度重视。本项目在下视SAR成像理论、聚焦成像算法和原理验证研究的基础上，围绕实际机载平台条件下阵列尺寸过短引起的成像分辨率较低和阵列复杂布局引起的成像指标恶化等关键问题开展研究；考虑雷达系统误差和平台运动误差等对成像质量的影响，建立包含噪声条件的机载阵列下视SAR高分辨率三维成像信号解析模型；发展DL-SAR高精度相位校正与补偿方法，改进和提出基于观测矩阵模型的高分辨率三维成像，提升DL-SAR系统跨航向分辨率，并结合三维场景稀疏特性分析成像方法的性能、精度和适用范围；构建外场原理验证平台获取成像阵列DL-SAR实验数据，验证项目提出的模型与方法，并进行算法优化；推动下视SAR高分率成像模型与方法在实际机载平台中的应用。

机载阵列下视SAR(Downward-Looking SAR，DL-SAR) 是合成孔径雷达三维成像中的重要体制之一，能够有效克服由于地形起伏、目标相互遮挡所带来的叠掩、阴影等影响，获取观测目标散射特性的三维空间分布信息，在军事和民用领域具有广泛应用前景。.本项目从结合观测场景本身的稀疏特性和高分辨率三维成像信号模型开展成像处理方法研究：（1）引入三维空间稀疏度函数，分析了下视三维观测场景的稀疏性，建立一般性稀疏表征规律和映射关系；全面分析了DL-SAR成像中的幅相误差来源以及目标稀疏分布特性，完善了适于高分辨三维成像观测的DL-SAR回波信号模型，提出了多种新型阵列成像体制；（2）系统性研究了DL-SAR成像误差问题，发展了分布式大场景波数域和空域成像算法，提出了基于航迹向空域分块的波数域补偿方法等一系列成像算法，以及基于观测矩阵模型的跨航向分辨率提升方法；（3）研究了DL-SAR三维成像算法性能评估方法，开展了基于贪婪算法和凸松弛算法等方法的重建算法精度分析，充分考虑实际数据处理中对信噪比对成像质量的影响；（4）基于通用仪器设备，搭建了多通道雷达数据获取系统，开展了DL-SAR地面实验数据获取；（5）设计与研制了调频连续波DL-SAR成像系统，国际上首次利用运动平台开展了阵列DL-SAR成像吊塔实验，为国家高分重大专项某型载荷的设计奠定了重要基础。.本项目针对DL-SAR成像中，发展并提出了一系列高精度成像处理方法，解决阵列DL-SAR成像的关键技术难题，研制了DL-SAR原理样机。项目批复以来，共计申报发明专利28项，授权国家发明专利26项；发表学术论文23篇，其中SCI收录7篇，大会特邀报告1项；培养博士生研究生5名，硕士研究生3名；荣获IET国际会议优秀论文奖、中国电子学会第二十届青年论坛优秀论文奖；完成科技成果转化1项，相关理论与方法为国家高分重大专项某型载荷的设计提供了理论与方法支撑。