论文摘要
双基地SAR具有隐蔽性强、抗干扰、信息获取丰富、可前视成像等诸多优点，是目前雷达技术领域的主要研究热点之一。早期研究以对称体制为主，如：卫星发射／卫星接收、飞机发射／飞机接收等。随着这类系统的不断发展，非对称体制的双基地SAR也逐渐成为一种新的研究方向。本文以低轨道雷达卫星发射、飞机接收的组合——星机双基地SAR为研究对象，在未来雷达卫星星座的支持下，该系统可将星载SAR覆盖面大、安全性好和机载SAR机动灵活、分辨率高的优点结合在一起，具有广阔的应用前景。星机双基地SAR在理论和技术上都面临很多挑战。首先，目前相对更成熟的机载双基地SAR、星载双基地SAR的很多理论无法直接应用，需重新研究；第二，由于雷达卫星的速度远快于飞机，收、发波束足迹的空间同步是关系到星机双基地SAR能否具有实用价值的最核心技术。这里的空间同步涉及两方面：一是如何尽可能地提高场景长度，二是如何实现空间同步误差的补偿；第三，与其它类型的双基地SAR类似，时间、频率、相位同步也是必须解决的关键技术。本文针对上述问题，开展了较为系统的研究，完成的主要工作和贡献如下：1)较全面地研究了星机双基地SAR的系统理论。研究了主要技术指标所能取得的量级、飞机飞行参数的约束条件、工作模式、距离史、多普勒参数、信号模型等内容。2)分析了空间、时间、频率、相位四种同步误差对系统性能指标的影响，明确了各种同步机制的必要性，推导了对“剩余同步误差”的量化指标要求。3)针对已有文献中一种基于“双向滑动聚束式”空间同步方法(DSS方法)所做的几条影响实用性的假设：卫星沿直线匀速飞行、地球表面是一个平面、飞机与卫星平行飞行，对原方案的控制模型进行了改进，使该方法更加实用化。4)针对DSS方法场景长度偏短的缺点，提出了一种基于“卫星宽波束／飞机反向滑动聚束式”的空间同步方法。该方法可在方位分辨率相等的前提下，获得更长的场景长度。5)针对DSS方法所需成像算法复杂的缺点，提出了一种基于“双宽波束式”的空间同步方法。由于收、发双方均无需波束指向控制，成像算法简单。“宽波束接收式”是“双宽波束式”中卫星波束展宽倍数等于1的一种特例，由于无需改动卫星波束，可应用于非合作式系统。6)对已有文献中一种只能用于“双向滑动聚束式”的空间同步误差补偿方法进行了改进，改利用直达波栅瓣为利用主瓣，使之可应用于另外两种模式。7)对已有文献中一些基于直达波的时间、频率同步方法进行了改进，无需借助其它技术手段就能估计出直达波的多普勒质心，从而可直接估计出时间、频率同步误差；对已有文献中一种专为星地双基地SAR设计的时间对齐方法进行了改进，使之可应用于星机双基地SAR。本文针对星机双基地SAR的“系统理论”、“空间同步”、“时间同步”、“频率及相位同步”等关键技术开展了较为深入和系统的研究，取得了一定的成果。下一步，在条件允许的情况下，希望开展一些地面成像实验，为将来实际系统的研制打下更坚实的基础。