基于非合作空间辐射源的分布式成像技术

本项目以空间谱理论为基础，研究利用空间非合作辐射源进行（运动或静止的）目标成像的分布式成像理论、方法及其实验验证技术。研究内容包括分布式成像的空间谱理论和目标像重构方法的研究，基于运动的动态空间谱理论及其成像方法的研究，非合作空间辐射源成像及其实验验证。在理论上，分析研究分布式成像的空间谱特性，依据空间谱特点建立目标像重构的直接反演方法和稀疏重构方法，构建能够映射运动关系的动态空间谱并提出综合利用收发空间展开特性、信号带宽特性和运动特性的高分辨率成像方法。在应用上，重点探索实现分布式成像的可行应用方式及其关键技术，以电视直播卫星为非合作照射源研制一套多发单收（接收为多通道）构型的成像装置并进行实验验证，成像分辨率1-3米，从而有力推动分布式成像的实用化进程。本项目研究拟重点解决分布式成像稀疏重构问题和综合利用空间、信号与运动三种特性的高分辨率成像问题，为完善分布式成像理论做出创新性贡献。

本项目以空间谱理论为基础，开展了分布式成像方法与应用技术的研究。在理论方法上，依据分布式系统的空间展开特性、信号的带宽特性和目标的相对运动特性，将成像中的实孔径、虚拟孔径和稀疏孔径统一起来，提出了广义孔径的概念，为分布式成像建立了统一的描述框架和相应处理方法。在应用研究上，研制了以电视直播卫星为非合作照射源的成像实验装置，完成了相关实验验证工作。本项目取得的主要成果如下：.首先，从回波模型、波动方程和逆散射三个角度出发，建立了分布式成像构型、目标散射函数与空间谱的基本映射关系，掌握了分布式成像与空间谱理论的内在联系，定量分析了空间谱域填充特性和成像分辨率关系，提出了若干典型空间谱填充形式下的直接反演方法。在系统受限情况下，着重研究了综合利用空间特性、带宽特性、运动特性和目标先验实现高分辨率成像的方法，面向应用研究了稀疏分布式成像面临的优化问题、失配问题和重构特性等关键问题。.其次，构建了能够映射运动关系的动态空间谱理论，开展了运动目标分布式成像技术研究。研究了动态空间谱中的运动合成方法和运动调谐技术，深入探讨了运动对空间谱填充的主要影响。研究了分布式综合运用动态空间谱信息达到最佳填充的高分辨目标重构方法，针对三种典型成像系统（基于DVB-S信号的分布式无源雷达、基于LFM信号的FD-MIMO雷达和MISO-ISAR）提出了相应的运动目标成像方法，并进行了成像性能分析。在MISO-ISAR基础上，提出了基于单个运动接收机的三维成像方法，系统结构简单、实用性较强，可实现运动目标的三维自聚焦成像。.最后，以电视直播卫星（DVB-S）为非合作照射源，开展了DVB-S信号特性分析及实测数据验证、直达波信号和回波信号提纯技术、回波信噪比增强技术、无源信号检测技术等研究工作，设计并实现了基于DVB-S信号的无源探测系统，据此研制了非合作空间照射源分布式成像实验装置，进行了分布式成像技术的实验验证。实验结果验证了分布式成像技术的可行性和有效性，对分布式成像技术的应用具有重要的指导意义。