【最新成果】基于成像坐标系优化的中轨星载SAR成像方法

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随着星载合成孔径雷达应用研究的不断进步，低轨SAR存在的可覆盖区域较小，重返周期较长的缺点日益凸显，无法满足一些对于覆盖能力和响应时间要求较高的应用,如自然灾害监视、战场侦察等。作为下一代星载SAR卫星的重要候选体制之一，中地球轨道SAR瞬时覆盖可达百公里级，同时可以实现对于热点区域分钟级的连续观测，重访时间较低轨SAR也大大缩短，利用带宽设计和波束扫描，中轨SAR可以利用不同的观测模式，实现灵活的分辨率大小和覆盖范围，在形变测量、土壤湿度监测、海上目标监视、海洋遥感等方面具有重要的应用潜力。

图1 两种中轨SAR方案

由于中轨SAR所在的中轨卫星与地球之间的相对运动较慢，为实现与低轨SAR相当的分辨率要求的合成孔径时间更长。合成孔径时间的增加导致时变大气相位误差，斑点噪声等问题会加重。另外，受轨道的弯曲特性以及卫星速度的时变特性影响，中轨SAR信号方位平移不变性失效，大场景中的目标距离徙动是两维空变的，这给传统基于方位平移不变性的频域成像处理算法的应用带来了一定的难度。

针对中轨SAR信号的两维空变问题，西安电子科技大学邢孟道教授团队率先提出一种最优成像坐标系的概念，根据大场景中目标多普勒调频率的分布特性调整信号分布，改变成像坐标系，使中轨SAR信号在新坐标系中满足方位平移不变性，从而避免对方位空变做额外处理，能够有效减轻成像算法的运算量。

该工作拟发表在《雷达学报》2020年第5期“雷达成像识别与对抗”专题“基于成像坐标系优化的中轨星载SAR成像方法”（李航，刘文康，孙光才，邢孟道，李光伟，费晓燕），现已网络优先出版。

图2 多普勒调频率在不同坐标系中的分布

该文首先建立了中轨SAR成像几何模型，接着简要阐述了最优成像坐标系转换的具体方法，最后在上述最优成像坐标系转换的基础上，提出一种新的中轨SAR聚焦算法：（1）利用距离非线性频调变标算法补偿距离徙动；（2）用多普勒重采样补偿多普勒参数且校正最优成像坐标系转换造成的聚焦时移；（3）通过几何形变校正来处理处理算法带来的聚焦位置偏移，获得最终的聚焦图像。本文在条带模式下仿真2 m分辨率的数据，验证了所提出算法的有效性。

图3 目标斜距与多普勒调频率的关系

图4 所提算法的点目标方位聚焦结果

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