1、星載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天時(shí)、全天候的觀測(cè)能力，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、資源普查、災(zāi)害管理和軍事偵察等領(lǐng)域。對(duì)于星載SAR來說，分辨率和測(cè)繪帶寬是衡量其性能的重要指標(biāo)，在常規(guī)脈沖工作體制下，低軌SAR(Low Earth Orbit SAR,LEOSAR)的方位分辨率和測(cè)繪帶寬相互制約。提升軌道高度是解決這一制約關(guān)系的有效手段，因此，地球同步軌道SAR(Geosynchronous

2、 Earth Orbit SAR,GEOSAR)一經(jīng)提出便獲得了廣泛的關(guān)注和重視。相較于低軌SAR來說，GEOSAR具有較寬的測(cè)繪帶、較短的重復(fù)訪問周期、抗打擊和抗摧毀能力強(qiáng)以及可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域較長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。但兼具這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，GEOSAR由于其天線尺寸大、功率消耗大以及發(fā)射成本高等因素大大限制了其工程實(shí)現(xiàn)。以GEOSAR為發(fā)射平臺(tái)、無人機(jī)載SAR(Unmanned Aerial Vehicle SAR,UAVSAR)為接收平臺(tái)

3、的雙基結(jié)構(gòu)(GEO-UAV BiSAR)能較好地解決這一問題，并可通過改變接收平臺(tái)的工作模式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域的高分辨率或?qū)挏y(cè)繪帶成像。
　　由于GEOSAR具有較高的軌道位置、橢圓的運(yùn)動(dòng)軌跡、較長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間、較寬的測(cè)繪帶等特點(diǎn)，使得該雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)特性不同于其它星載雷達(dá)?；诖?，本文結(jié)合GEOSAR的運(yùn)動(dòng)特性，系統(tǒng)地分析了GEOSAR單基與雙基系統(tǒng)的斜距模型、回波信號(hào)模型以及點(diǎn)目標(biāo)二維頻譜，進(jìn)而研究其成像算法。本文圍繞以上研究?jī)?nèi)容，

4、開展的主要工作可概括如下：
　　1、研究GEOSAR的運(yùn)動(dòng)特性及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。GEOSAR的運(yùn)動(dòng)特性和多普勒特性不同于其它低軌和中軌星載雷達(dá)，而運(yùn)動(dòng)特性與多普勒特性是后續(xù)GEOSAR成像研究的基礎(chǔ)。因此，根據(jù)GEOSAR的空間幾何結(jié)構(gòu)，分析其運(yùn)動(dòng)特性及多普勒特性；基于該特性分析，進(jìn)一步研究了GEOSAR的距離及方位分辨率、信號(hào)帶寬、脈沖重復(fù)頻率、平均發(fā)射功率等參數(shù)的設(shè)計(jì)過程。
　　2、GEOSAR單基系統(tǒng)的成像算法研究。由于

5、在較長(zhǎng)合成孔徑時(shí)間內(nèi)GEOSAR的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，使得線性斜距模型不再適用于該雷達(dá)真實(shí)斜距歷程的高精度近似需求；并且考慮該雷達(dá)較高的軌道位置，無法忽略在電磁波傳播延遲時(shí)間內(nèi)雷達(dá)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，使其不滿足“停-走-?！奔僭O(shè)條件。因此，通過泰勒展開原理推導(dǎo)非“停-走-?！奔僭O(shè)條件下的高精度斜距模型，并分析該模型的可行性和適用性；考慮該雷達(dá)具有較寬的測(cè)繪帶，應(yīng)用級(jí)數(shù)反演算法推導(dǎo)距離空變的點(diǎn)目標(biāo)二維頻譜，提出基于非“停-走-?！毙本嗄Ｐ偷腃S成像算法

6、與SPECAN成像算法，前者可實(shí)現(xiàn)清晰的大場(chǎng)景測(cè)繪帶成像，后者具有較高的運(yùn)算效率。
　　3、大氣層對(duì)GEOSAR聚焦性能的影響及其抑制方法研究?？紤]GEOSAR主要工作于L波段，在較長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間內(nèi)，大氣層中電離層與對(duì)流層的時(shí)間變化特性將嚴(yán)重影響L波段GEOSAR的聚焦性能。針對(duì)該問題，基于非“停-走-停”假設(shè)，根據(jù)射線跟蹤法推導(dǎo)了電離層與對(duì)流層折射率變化所引起的斜距誤差模型，進(jìn)一步分析電離層與對(duì)流層污染的回波信號(hào)模型，理論研究

7、電離層與對(duì)流層對(duì)雷達(dá)聚焦性能的影響及其抑制方法，并通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)(International GNSS Service,IGS)提供的電離層網(wǎng)格數(shù)據(jù)與大氣氣象信息，仿真分析電離層與對(duì)流層對(duì)成像質(zhì)量的影響，并驗(yàn)證其抑制方法的有效性。
　　4、GEO-(ST)UAV BiSAR(Bistatic SAR with GEOSAR in the strip mode and UAVSAR in the strip mode,GE

8、O-(ST)UAV BiSAR)的幾何構(gòu)型及成像算法研究。GEO-(ST)UAV BiSAR的收發(fā)平臺(tái)均工作于條帶模式，由于該雙基雷達(dá)的收發(fā)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性不同于其它星機(jī)體制雷達(dá)，需深入研究該雙基雷達(dá)的幾何構(gòu)型、二維分辨能力以及斜距模型，進(jìn)而提出適用于其回波信號(hào)處理的成像算法。因此，根據(jù)收發(fā)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性，基于其波束地表掃描速度比值研究該雙基雷達(dá)的幾何構(gòu)型；分析其幾何構(gòu)型對(duì)合成孔徑時(shí)間以及二維分辨能力的影響，獲得較為優(yōu)化的雙基幾何構(gòu)型；應(yīng)用

9、泰勒原理推導(dǎo)該雙基雷達(dá)的斜距模型，考慮距離空變的影響，通過級(jí)數(shù)反演算法推導(dǎo)距離空變的點(diǎn)目標(biāo)二維頻譜表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上提出基于GEO-(ST)UAV BiSAR的CS成像算法。
　　5、GEO-(SA)UAV BiSAR(Bistatic SAR with GEOSAR in the strip mode and UAVSAR in the mode of steering antenna,GEO-(SA)UAV BiSAR)的成

10、像算法研究。GEO-(SA)UAV BiSAR的接收平臺(tái)工作于天線轉(zhuǎn)動(dòng)模式，即聚束模式、滑動(dòng)聚束模式以及TOPS(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPS)模式。在收發(fā)平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)條件下，當(dāng)脈沖重復(fù)頻率較小時(shí)，由于天線轉(zhuǎn)動(dòng)可引起方位頻譜混疊現(xiàn)象，為解決該問題，引入dechirp方法消除方位頻譜混疊影響，以此提出了基于GEO-(SA)UAV BiSAR的CS成像算法；隨后，研究收發(fā)平臺(tái)非平