基于对偶空间的弹载跳变聚束式SAR成像方法研究

本项目突破现有SAR成像仅在时间(频)域进行的局限性，将最优化理论中的对偶空间思想引入到SAR成像处理中，提出了基于对偶空间SAR成像新思想。重点寻求聚束式SAR时间域回波信号的对偶空间，从而使聚束式SAR信号的相位表示大大简化，不会因为弹载平台非匀速直线运动和SAR斜视角增大而加重回波信号中的高次相位项。拟将聚束式SAR成像处理抽象为最优化过程，利用对偶空间之间最优化等价原理，通过在对偶空间中的最优化，实现聚束式SAR成像处理。针对聚束式SAR成像区域方位向不连续问题，提出了在方位向采用波束跳变实现连续脚印的弹载跳变聚束SAR成像模式，提出了适用于该模式的基于对偶空间SAR成像方法。由于对偶空间中回波信号高次相位可忽略，所以与时间(频)域成像方法相比，对偶空间成像方法具有更快的处理速度和更高的成像精度，因此能够更好地满足弹载SAR成像要求。

弹载SAR末制导阶段大俯冲、大斜视、大动态非直线运动的固有特性使得常规的SAR成像处理方法难以适用，甚至完全失效。本项目针对该实际情况，在重点分析末制导阶段弹载SAR回波信号独特性质的基础上，研究了能大幅度降低处理难度的成像新理论，提出了一种基于对偶空间的聚束SAR成像处理新方法。该方法重点寻求弹载末制导阶段聚束式SAR时间域回波信号的对偶空间，从而使聚束式SAR信号的相位表示大大简化，不会因为弹载平台非匀速直线运动和SAR斜视角增大而加重回波信号中的高次相位项，从而大大简化后续的成像处理。在对偶空间中，结合聚束式SAR回波信号时间域模型，给出了均匀采样的聚束式SAR回波信号模型。从系统级角度和数值角度两个方面研究对偶空间聚束式SAR回波信号在时域的获取方法，并给出了对偶空间聚束SAR回波与时域SAR回波信号之间的数学转换关系。在此基础上，推导了对偶空间聚束SAR成像处理过程的数学表达式，给出相应的成像算法，并进行算法的流程优化处理，同时给出算法流程中每一步骤的具体实现方法。针对弹载SAR末制导阶段普遍存在的方位向观测区域幅宽与观测分辨率的矛盾问题，提出了一种能有效兼顾两者的弹载方位向跳变聚束SAR成像处理新模式。首先给出了方位向跳变聚束SAR的工作机理和方位向的波束跳变过程，定量分析了在保持与聚束SAR模式相同方位分辨率前提下，方位向跳变聚束SAR方位向观测区域提高与成像斜视角的关系。其次，给出了方位向跳变聚束式SAR方位向波束跳变的时序周期，研究方位向波束控制规律，并分析方位向波束控制跳变角与成像质量之间的关系。结合方位向跳变聚束SAR工作机理和对应的空间几何关系，建立了精确的回波仿真验证平台，在该平台上能够仿真不同波段、不同俯仰角、不同斜视角下的各种回波，为后续弹载跳变聚束SAR成像处理新方法的研究奠定了坚实的技术基础。在所建立的弹载跳变聚束SAR回波仿真平台上，结合末制导阶段导弹的大俯冲、大斜视、大动态等特殊运动规律，分析各跳变区域中聚束式SAR回波信号的时频特性，以及方位分辨率、测绘带宽、模糊度等主要系统性能指标。在此基础上，给出了基于对偶空间的弹载跳变聚束式SAR成像处理方法，修改了相应的处理流程，使其更加简洁和快速，以便满足弹载跳变聚束式SAR的方位快速拼接和实时处理要求，从而使算法的处理效率能满足弹载SAR末制导阶段的实际需求。