地面平台聚束旋转天线极化SAR静止小目标高分辨检测方法研究

地面静止小目标的检测是雷达探测中的一个难点，静止小目标雷达回波信号极其微弱，也不能采用诸如动目标检测方法消除地面强杂波的影响，近年开展研究的对机场跑道表面外来碎片的雷达检测是这类问题的一个重要应用。如何实现超高分辨率雷达，有效降低地面强杂波的影响是检测地面静止小目标的关键。采用极短波长、大口径天线提高雷达角度分辨的传统方法以及常规合成孔径雷达方法受到了多方面的限制。本课题在分析现有方法基础上，探索采用变极化聚束旋转天线SAR方法解决地面平台静止小目标检测问题，研究圆孔径形成过程中大距离徙动、非理想孔径形成等影响因素的补偿方法，重点探索聚束模式旋转天线合成孔径的高效算法；研究基于高重复率多视极化SAR高分辨图像的点目标可靠检测方法，探索地面平台高分辨率雷达实现对机场跑道碎片检测新方法，为静止小目标检测相关领域应用奠定坚实基础。

地面合成孔径雷达由于在灾害实时监测方面的众多应用而得到了较多的研究，当前研究和应用较多的地面SAR是直线型合成孔径。直线型合成孔径在应用中存在两个方面的问题：一是受到场地的限制不易采用较长的直线孔径，二是形成孔径的覆盖范围较小。针对上述问题，本项目研究的重点是基于旋转天线地基合成孔径成像实现方位高分辨率以提高静止小目标检测能力，并推动其在地面灾害实时监测方面的应用。围绕着旋转天线合成孔径高分辨技术及静止小目标检测及其应用这些重要问题，本项目建立了聚束旋转天线合成孔径地面平台模型和信号模型，在研究了现有成像算法的基础上，分析和研究了适用于旋转天线合成孔径成像理论和算法，针对高方位分辨和大距离徙动的问题，研究了基于方位核函数和级数反演方法高精度成像算法，分析了旋转天线孔径合成中多目标间的相互影响问题。提出了基于方位数据非线性抽取的方法以消除天线旋转不均匀的影响，这项技术在系统试验中得到了应用，针对如机场跑道检测等特殊应用环境研究了距离徙动校正和成像简化算法；针对目标检测问题开展了基于分层特征和分形特征的目标检测方法研究；针对常用的线性调频合成孔径雷达距离和速度耦合的问题，研究了基于伪随机编码调相信号的地面合成孔径雷达的新体制并进行了初步分析。在八毫米频段构建了旋转天线合成孔径较为完整仿真试验平台，试验平台可以通过波导更换方式实现极化调整，并且开展了实地数据采集和处理，通过试验验证了上述研究的可行性。在上述研究的基础上还针对聚束式旋转天线合成孔径地面应用系统的构建方法、宽波束天线与目标探测距离的矛盾、非线性调频软件校正技术等方面开展了研究，提出了基于分数阶傅里叶变换的线性调频多目标检测方法。针对地面小目标检测的具体应用问题机场跑道异物检测，提出了基于旋转天线合成孔径的检测方法，可以降低系统成本并提高监测的能力。本项目完成了研究计划，并将部分研究内容申请了相关专利，取得了一些具有实际应用意义的研究成果。