星载SAR非沿迹成像的机遇与挑战

背景介绍

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种先进的微波成像设备，在军事和民事领域都具有重要应用。星载合成孔径雷达(SAR)通过采用不同成像模式，实现分辨率与成像带宽度的不同性能组合。常规星载SAR模式的成像带沿着卫星航迹方向，走向单一；但实际目标场景的地理走向多种多样，与沿卫星航迹方向的成像带地理走向不匹配的情况普遍出现，导致数采周期长或方位分辨低、存储与计算资源浪费。星载SAR非沿迹成像模式是解决该问题的新思路，其通过生成与卫星航迹不同向的直线型或曲线型的成像带，匹配于目标场景的实际地理走向，对目标场景进行“地理定制化”成像。常规SAR观测与实际地理不匹配示意如图1所示，其中红色部分为铁路线分布，蓝色部分为常规SAR沿迹成像带，观测效率较低且存在大量数据冗余。

图 1 常规SAR观测与实际场景地理不匹配示意图

团队工作

针对星载SAR非沿迹成像模式，讨论了该模式的概念内涵，分析了该模式当前面临的挑战。在几何构型设计方面，分析了该模式的构型参数以及构型设计难点，讨论了几何构型设计思路。在波位设计方面，分析了波位设计难点以及对数据损失的影响，探讨了该模式的连续变重频波位设计方法；在成像处理方面，分析了该模式的回波时频特性以及给成像处理带来的挑战，探讨了该模式时域以及频域成像算法的可行思路。星载SAR非沿迹成像模式示意如图2所示，其中红色部分为铁路线分布，蓝色部分为星载SAR非沿迹成像带，观测效率高。

图 2 星载SAR非沿迹成像模式示意图

该工作已发表在《雷达学报》网络优先出版的论文 “星载SAR非沿迹成像新模式：机遇与挑战”（王岩，康利鸿，刘杰，匡辉，孙晗伟，陈轲，王轩，于海锋，孙希龙，郑彭楠，刘书豪，易天柱，刘磊，高贺利，孙兵，张润宁，丁泽刚*）。

论文介绍

论文主要从信息获取、成像处理等方面，讨论了星载SAR非沿迹成像新模式的主要机遇与挑战，并初步进行了原理性仿真验证。仿真目标场景如图3所示，其中，成像带长度约150 km，宽度10 km。场景中设置9个点目标，方位向间隔50 km，距离向间隔4 km，场景中心点目标两维分辨率为2 m。

图 3 星载SAR非沿迹成像模式仿真目标及成像带分布示意图

针对非沿迹模式的几何构型设计，分析了构型参数关系与设计难点，给出了仿真的几何构型设计结果，如图4所示。

图 4 星载SAR非沿迹成像模式仿真几何构型设计结果

针对非沿迹模式的波位设计，分析了波位设计难点以及对数据损失的影响，给出了基于连续变重频方位采样方法的仿真脉冲收发时序设计结果，如图5所示。图5（a）中蓝色、红色区域分别代表星下点回波遮挡区、发射脉冲遮挡区，黄色区域代表连续变重频的收发脉冲序列。

图5 星载SAR非沿迹成像模式仿真脉冲收发时序设计结果

针对非沿迹模式的成像处理，分析了该模式的回波时频特性与时域频域处理难点，讨论了时域成像处理流程与频域成像思路，给出了计算机仿真的时域成像结果，如图6所示。

图 6 星载SAR非沿迹成像模式仿真时域成像结果

作者简介

王  岩，博士后，北京理工大学副研究员、博士生导师，主要研究方向为新体制雷达系统、成像、干涉和极化应用。

康利鸿，博士，北京遥感信息研究所教授，主要研究方向为电磁散射计算、SAR卫星定标和遥感影像分析。

刘  杰，博士，中国空间技术研究院遥感卫星总体部研究员，主要研究方向为卫星总体设计技术。

丁泽刚，博士，北京理工大学教授、博士生导师，主要研究方向为新体制雷达成像机理、成像处理和图像信息提取。

转自：“测绘学术资讯”微信公众号

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