基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR层析三维成像新方法的研究

Spaceborne distributed synthetic aperture radar (DSAR) is a hot topic and competively developed by Europe and America. For the sake of multi-task including elevation retrieval, moving target tracking, high resolution imaging, etc., non-uniform three dimenssional (NU3D) configuration of DSAR must be an inevitable trend. The development of NU3D-DSAR has strategic significance for improving compreensive ability of domestic disaster mitigation and modernization of national defence. Back on this requirement background, in this project we will do research on the method of 3D-imaging, clutter suppression and moving target imaging, etc. on NU3D-DSAR. The tomographic SAR (TomoSAR) 3D imaging method based on compressive sensing (CS) is presented, according to the sparsely distributed of baselines and the coherence of echos, to overcome the non-uniform and undersampling of the received data in TomoSAR, the performance degrade of suppressing inhomogeneous clutter, the big match error of imaging moving targets, etc. A novle theory which combines sparse and array signal processing is biult, to promote the manufacture and improvement of our country's digital elevation measurement (DEM) product, multi-path stereo product,and change detection product.

分布式星载SAR是近年来欧美等国竞相发展的热点，为满足在同一系统上完成高程反演、动目标跟踪、高分辨成像等多种任务，非均匀空间立体构形成为必然趋势。发展非均匀空间立体阵SAR对我国提高综合减灾能力和实现国防现代化建设具有重要的战略意义。在这种需求背景下，本项目展开非均匀空间立体阵SAR三维成像、杂波抑制与动目标成像等方法研究。针对非均匀空间立体阵SAR层析三维成像中数据非均匀欠采样，非均匀杂波抑制效果差、动目标成像匹配误差大等实际问题，根据非均匀立体阵SAR基线稀疏分布的特点和各路回波信号的相干性提出了基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR层析三维成像方法。建立了稀疏信号与阵列信号联合处理的新理论，以推动我国数字高程模型产品、多路径立体产品、变化检测产品的生产与完善。

本项目针对多基星载SAR系统非均匀空间立体构型这一普遍轨道运行模式,联合当前稀疏信号处理和阵列信号处理新理论，对多基星载SAR系统的稀疏信号高分辨率成像机理和成像算法展开了研究，主要研究内容包括：基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR高程成像方法，基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR二维高分辨成像方法，基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR动目标三维成像方法和基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR杂波抑制方法。本项目旨在利用压缩感知稀疏信号以及阵列信号联合处理技术，充分发挥非均匀空间立体阵空间多基线优势，通过有限的观测数据获取观测场景目标的高分辨三维图像。本项目提出的非均匀空间立体阵SAR地面静止目标多维信号回波模型、动目标多项式相位信号回波模型和稀疏信号杂波抑制模型为研究多基SAR三维成像奠定了理论基础；提出的基于压缩感知的高程成像算法和二维成像算法能够利用超低的脉冲重复频率和极少的雷达数量实现稀疏场景的三维高分辨成像；提出的基于压缩感知-多项式相位信号的动目标三维成像算法能够准确估计目标的三维运动参数（距离向速度和加速度、方位向速度和加速度以及高度向速度和加速度）并重构出聚焦的高分辨动目标三维图像；提出的基于压缩感知的非均匀空间立体阵杂波抑制方法能够在缺少场景先验知识的情况下，利用多雷达单帧数据获得地面杂波功率谱，并以此设计滤波器有效抑制静止杂波。此外，本项目研究的算法能够将多基SAR数据进一步转化为数字高程模型产品、地面变化检测产品和目标模式识别产品等一系列军用或民用产品，在现实应用中具有重要意义。