基于多维矢量分析的多运动平台、多模式SAR空变特性处理方法研究

Synthetic aperture radar (SAR) system, in the cases of diverse motion platforms and several modes (DS-SAR for short) in the complex environment and applications, is one of the research hotspots in the radar imaging and signal processing field, and its spatial-variation has a large degradation compared with the traditional case. The spatial-variation compensation of the traditional SAR is always performed in the scalar domain, and thus has a large approximation error; moreover, it can hardly be applied to the DS-SAR. The key of the spatial-variation analysis and compensation is to obtain the accurate physical explanations and mathematic expressions. To solve this problem, by using multiple dimensional vector analysis which has advantages that the concept is clear and the derivation is accuracy, we first study the intrinsic DS-SAR imaging and the model, including the unified modeling, system constraint quantitative analysis, and the effects of the model mismatch on the imaging. Then, combing the unified SAR model and incorporating the advantage of directivity in the vector analysis, we exploit the inner structure of spatial-variations in multiple dimensions and diverse processing domains, and build the theory for the spatial-variations compensation methods. All in all, this research will enrich the DS-SAR imaging theory and methods, reduce the distance between the DS-SAR and the real application, and promote the realization of the DS-SAR.

面对日益复杂的外界环境和应用需求，合成孔径雷达（SAR）系统逐步向着多运动平台、多模式的方向发展，其空变特性也变得极为复杂。在理想条件下，常规SAR的空变特性处理通常在标量域进行，存在推导近似误差较大的问题，且对多运动平台、多模式下的复杂情形适用性不高。对空变特性的分析与处理的关键在于如何对其进行精确的物理描述和数学表达，为此，本项目首先利用多维矢量分析概念清晰、推导精确的优势，研究多运动平台、多模式SAR的成像机理和模型，包括：多维矢量统一建模、系统约束性的刻画度量及复杂因素对成像影响的分析。然后结合多运动平台、多模式SAR统一模型，利用矢量运算具有方向性的特点，挖掘场景中任意方向在多处理域内的空变特性结构，形成多运动平台、多模式SAR空变特性处理理论和方法。研究成果将丰富SAR成像理论和方法，缩小多运动平台、多模式SAR与实际应用的差距，推动多运动平台、多模式SAR走向实用化。

本课题针对多运动平台、多模式SAR成像存在的问题，利用多维矢量分析法，建立完整统一的多运动平台、多模式SAR几何构型和回波信号模型，明确了复杂因素对SAR成像特性的影响，定量刻画常规SAR成像算法的适用性，分析及推导了复杂因素下SAR系统参数特性和精确表达式。探讨了多运动平台、多模式情形下的复杂因素对SAR成像质量的影响，明确了非理想因素下SAR空变特性补偿准则，建立了复杂情形下基于多维矢量分析的多运动平台、多模式SAR成像处理方法，方法中主要包括基于距离维更新的频域成像算法、方位维时域非线性变标成像算法以及基于两维楔形变换的时域及频域成像算法。所提算法可以有效地减少两维空变特性带来的负面影响。研究成果将丰富SAR成像理论和方法，缩小多运动平台、多模式SAR与实际应用的差距，推动复杂因素下的SAR成像技术走向实用化。