题目：大俯冲大斜视聚束SAR成像方法研究

从上世纪五十年代发展起来的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR），因其具备的全天时、全天候、作用距离远、覆盖范围广等优势，已成为遥感领域重要的技术工具，在军事侦察、目标监视、武器制导、环境监测、灾害预报等诸多研究及工程领域得到广泛应用。现代战争意识形态下，精确制导武器已成为主要毁伤武器，研究高精度制导武器已成为现代战争的重点发展方向和研究热点。通过SAR导引头所形成的二维高分辨图像，根据目标特征信息进行识别，可利于对攻击点进行选择，从而为精确制导武器的高毁伤、低成本发展方向提供必要的判定依据。因此，深入研究高分辨、高精度的俯冲斜视SAR成像方法对于军民两用都具有十分重要的意义。本文针对大俯冲大斜视SAR成像方法展开了深入的研究，其主要研究内容和创新性成果主要体现在以下几个方面。（1）针对俯冲斜视SAR系统，比较了平面平飞模式、平面俯冲模式和立体俯冲模式三种情形下的斜距历程，得出立体俯冲模式下的斜距历程是通用斜距历程的结论。在所建立的通用立体俯冲空间几何模型基础上，构建了精确回波信号模型，从距离徙动、方位向参数和二维频谱三个方面分析了俯冲斜视SAR的系统特性。随后，介绍了SAR成像的基本原理，并依据极坐标格式算法（Polar Format Algorithm, PFA）、非线性调频变标算法（Nonlinear Chirp Scaling Algorithm, NCSA）、波数域算法（Wavenumber Domain Algorithm, WDA）和频率变标算法（Frequency Scaling Algorithm, FSA）这四种常用斜视成像方法的处理流程对各自进行了推导，总结了各算法处理斜视SAR数据的优缺点。（2）针对雷达平台恒速俯冲模式，建立了精确的数据获取空间几何模型，分析了该模式下的SAR回波信号特点，为后续成像处理算法研究奠定了基础。距离徙动由距离走动和距离弯曲两分量构成。在大斜视下，距离徙动主要由距离走动分量构成。为此，提出了一种在频域先行补偿距离走动的成像方法，目的在于将大斜视角成像转化为等效小斜视角成像，大大降低后续成像处理难度。由于先行补偿距离走动会导致多普勒调频率随方位时间变化，提出采用方位向非线性调频变标（Azimuth NCS, ANCS）方法有效补偿多普勒调频率随方位时间的变化，从而实现恒速俯冲的大斜视SAR成像处理。（3）针对雷达平台恒加速度俯冲模式，构建了精确的数据获取空间几何模型，对比分析了恒加速度俯冲与恒速俯冲两种模式下的回波信号特点，得出恒加速度俯冲是恒速俯冲的一般形式的结论。由于考虑了雷达平台的加速度因素，在相同时间内积累的多普勒带宽也高于恒速俯冲的多普勒带宽。采用方位deramp处理以降低系统方位向的采样率；同时采用距离dechirp处理降低距离向的数据量，也能降低系统复杂度。经典频率变标方法在进行二次距离压缩（Secondary Range Compression, SRC）时未考虑距离等效调频率随距离的变化，该近似在大斜视情形下将产生较大误差。为此，论文提出采用非线性频率变标（Nonlinear FS, NFS）方法有效补偿距离等效调频率随距离的空变性，从而实现恒加速度俯冲的大斜视SAR成像处理。（4）波数域算法因其高精度特点而成为SAR成像的常用方法之一。其在进行距离及方位压缩时采用的方法均为基于常规傅里叶变换（Fourier Transform, FT）的脉冲压缩方法。分数阶傅里叶变换（Fractional FT, FrFT）是分析和处理chirp类信号的一种非常便利的工具。当对某一特定chirp信号进行最优FrFT时，可得到极窄sinc形状的输出结果，该sinc形状的脉冲比现有采取匹配滤波技术得到的输出sinc形状脉冲具备更低的旁瓣，这使得FrFT十分有利于SAR成像处理，从而能提升SAR在目标探测与识别领域中的应用价值。论文提出一种基于FrFT的波数域算法，该方法不仅保留了WDA的高精度成像特色，又继承了FrFT处理chirp信号的独特优势。