摘要
微型化、轻量化、低成本的星载合成孔径雷达(Synthetic Apenure Radar，SAR)系统近年来受到众多学者的青睐。调频连续波(Frequency-Modulated Continuous Wave，FMCW)和SAR技术的结合降低了雷达峰值功率，打破了传统SAR系统发射功率高、体积大、造价高昂等局限。然而，FMCW SAR接近100％的信号占空比使得系统不得不安装两部天线分别来发射和接收信号。两部天线置于同一颗卫星则会增加天线收发隔离的难度，而置于两颗卫星则需较高的同步技术，同时增加了研制成本。因此，收发天线共用的星载间断FMCW SAR体制被提出。本文针对该体制的系统参数设计和信号处理进行了深入研究，为未来轻小型星载SAR的研制和发展提供了较好的参考价值。本文主要内容包括: 1.首先分析了FMCW SAR回波信号的时域模型、二维频谱和成像算法。由于长脉宽导致脉内的卫星平台运动不可忽略，传统基于“停-走-停”假设模型的成像算法将会带来极大误差，为此研究了适用于FMCW SAR信号模型的距离多普勒算法、基于Chirp-Z逆变换的成像算法和波数域算法(Wavenumber domain algorithm，WDA)。算法经过了点目标仿真实验的检验，为星载间断FMCW SAR体制的研究提供了成像依据。 2.研究了星载间断FMCW SAR的系统参数设计方法。有鉴于目前文献中传统脉冲SAR体制的设计，结合星载间断FMCW SAR系统工作原理，研究了该体制下的系统收发信号时序关系、发射和丢失连续波个数计算和脉冲重复频率与脉冲宽度的设计。以满足任务技术要求和性能需要为目的，研究了波位、工作频率、信号带宽和天线尺寸的设计方法。总结出了具体的设计流程，并给出了一Ku波段系统的设计实例。 3.研究了星载间断FMCW SAR信号模型及其回波信号重构算法。天线的时分复用导致方位向信号不完整，对此用数学公式建立了信号模型。针对信号的缺失，深入了研究了三种信号重构方法。其一是提出了基于孔径双向插值的重构算法;其二是在幅度相位估计基础之上提出了基于缺失数据幅度相位估计的重构算法;其三是在压缩感知理论基础之上提出基于子孔径稀疏恢复的重构算法，并给出了仿真验证实验。 4.针对无星载间断FMCW SAR实测数据的情况，从时域和频域研究了星载间断FMCW SAR的回波模拟算法。提出时域逐点累加法、频域快速傅里叶变换法、基于Chirp-Z变换和逆WDA成像算子的频域回波仿真算法，并给出了仿真验证实验。 5.针对方位向信号间断造成的成像模糊，研究了在图像域直接对星载间断FMCW SAR图像去模糊的方法。对图像模糊过程进行建模，构建点扩散函数，将原问题转换为反卷积求解清晰图像的问题，而后基于Richardson-Lucy迭代算法对图像进行去模糊，并给出了仿真验证实验。
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