【最新成果】星载高分辨频率步进SAR成像技术

星载合成孔径雷达是一种二维高分辨率微波成像雷达，它利用脉冲压缩技术实现距离向高分辨，利用合成孔径技术实现方位向高分辨。近年来，随着人们对分辨率的需求不断提高，星载SAR正朝着分米级分辨率发展。高分辨率能增强SAR图像的地物表征能力，但也会给星载SAR的系统设计和信号处理带来新的问题。一方面，星载SAR的距离向分辨率取决于雷达信号带宽。受限于现有的器件水平，过大的信号带宽会给系统的发射、接收和处理带来极大困难。为降低硬件压力，可以使用频率步进技术，发射多个不同载频的子带信号，再使用子带拼接技术将子带回波合成为宽带回波。然而在实际工程中，频率步进体制将带来脉冲重复频率增加、子带间能量泄露与子带间幅相误差等问题。这些问题会导致距离向测绘带宽度减小、脉冲压缩质量下降。

另一方面，星载SAR的方位向分辨率取决于合成孔径时间。采用聚束模式或滑聚模式能够在波束宽度受限的情况下，通过波束控制的方式增大合成孔径时间，从而突破条带模式方位分辨率的限制。然而，由于星载SAR轨道弯曲严重、电波传输环境复杂，长合成孔径时间成像会受到诸多非理想因素的影响，例如成像参数空变、“Stop-go”模型误差、对流层传输延迟与电离层导致的色散。这些非理想因素大多存在时空变化的特性，它们会在信号中引入相位误差并在合成孔径时间内积累，最终导致距离徙动校正失败或图像散焦。

针对上述问题，北京理工大学龙腾教授团队开展了星载高分辨频率步进SAR成像技术的研究。总结了频率步进信号时序设计与子带拼接方法，给出了一种星载高分辨频率步进SAR成像算法与非理想因素补偿技术，并进行了算法仿真和性能分析验证。

该工作已发表在《雷达学报》2019年第6期“合成孔径雷达技术”专刊“星载高分辨频率步进SAR成像技术”（龙腾，丁泽刚，肖枫，王岩，李喆）。

论文针对星载高分辨频率步进SAR成像的特点，介绍了频率步进信号时序设计方法（如图1所示）和子带拼接原理(距离向子带拼接结果如图2所示，频率步进SAR机载挂飞实测数据成像结果（如图3所示），给出了一种基于BP算法的高分辨星载SAR成像处理流程（如图4所示），分析了轨道弯曲、“Stop-go”假设误差、对流层误差、电离层误差和地形起伏等非理想因素的影响和补偿方法，并通过计算机仿真对所提方法进行了仿真验证。相关分析有助于高分辨率星载SAR成像处理和工程实现。

图1 频率步进SAR的子带交替串发模式

图2 频率步进SAR距离向子带拼接结果

图3 频率步进SAR机载挂飞数据成像结果

图4 高分辨星载SAR成像处理流程

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