星载TOPSAR模式研究

• 作 者: 徐伟
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 合成孔径雷达 星载TOPSAR模式 成像算法 回波仿真 高分辨宽测绘 数字波束形成 反射面天线

宽幅测绘是现代星载合成孔径雷达重要研究方向之一，也是目前微波遥感研究领域的研究热点。星载 TOPSAR模式作为一种新型宽幅测绘模式，它克服了传统ScanSAR模式的主要缺陷。本文主要从系统实现与性能分析、成像算法、回波模拟仿真、多通道 TOPSAR模式实现及其信号处理这几个方面展开了系统和深入的研究。论文的主要工作和创新点包括以下几个方面：　　
1.深入研究了星载 TOPSAR模式系统参数选取方法，对比了TOPSAR模式与ScanSAR系统性能的差异，研究了方位波束电扫描对TOPSAR系统性能的影响。同时针对星载SAR系统方位波束扫描能力有限的问题，提出了一种扩展TOPSAR模式，并与传统 TOPSAR模式比较，分析了它的系统性能。　　
2.深入研究了星载 TOPSAR模式的回波信号模型及其特点。针对TOPSAR回波信号同时存在多普勒频谱混叠和方位时域输出混叠问题，提出了几种高效的TOPSAR成像算法。这些成像算法分别采用方位变标、拼接处理、子孔径数据分块处理、方位滤波处理解决回波信号方位混叠问题，同时采用经典的RD、CS、ωK、SPECAN等算法完成SAR信号的聚焦，并利用仿真实验验证了算法的有效性。考虑到TOPSAR是一种星载宽幅测绘模式，讨论了在处理星载宽幅模式数据时经典成像算法可能需要进行的修正处理。　　
3.深入研究了星载 TOPSAR模式场景回波信号特点。针对 TOPSAR模式场景回波信号无法直接采用二维频域模拟方法的问题，提出了一种时频域混合域模拟方法。同时从数据转换角度出发，提出了一种从宽波束条带/聚束模式回波数据中获取 TOPSAR模式回波数据的方法。仿真实验验证了这两种方法的有效性。　　
4.针对 TOPSAR模式方位分辨率较差的问题，结合多波束、数字波束形成、多发多收等技术，深入研究了三种多通道星载 TOPSAR模式的实现及其相关的信号处理技术。提出了一种基于空域正交的MIMO-TOPSAR模式，给出了相应的系统设计实例及其系统性能分析结果，并研究了该模式的信号处理方法。鉴于反射面天线易于展开、天线面积大、载荷小、费用低、在实现星载高分辨宽测绘模式拥有明显优势，提出了一种基于反射面天线的SPCMB-TOPSAR模式，同时也给出了系统设计实例及其系统性能分析结果，并研究了该模式信号处理方法。最后，从系统实现复杂度及其应用前景，对比和分析了这三种星载多通道TOPSAR模式的主要优势和缺陷。