基于超大幅宽的高轨SAR加速BP成像方法.docx

【基于超大幅宽的高轨SAR加速BP成像方法】 高轨合成孔径雷达（SAR）系统因其巨大的观测幅宽和卓越的持续观测能力，成为SAR成像研究的重要领域。高轨SAR卫星通常运行在约36000公里的高度，拥有每日重访能力，这使得它们能覆盖数百千米的成像幅宽，并实现对目标区域的长期连续监控。然而，这种系统的成像挑战主要在于轨道弯曲和超大的成像宽度导致的复杂信号二维耦合空变问题。 传统的解决方法包括空变CS算法（SV-CSA）和改进的非线性CS算法（NCS），这些算法能够校正空变信号，但公式推导复杂，近似处理较多，且成像结果可能存在几何变形。BP（Back Projection）算法是处理复杂观测几何的理想选择，它可以实现无近似成像，尤其适合高轨SAR，但其计算量巨大，限制了其实用性。 为了提高成像效率，研究者提出了快速BP（FFBP）算法，通过在极坐标系中合成子孔径图像，减少计算量。尽管如此，图像域插值操作降低了成像精度。地面笛卡儿BP（GCBP）算法则将网格布置在地平面上，减少了几何形变，但未考虑地表弯曲的方位相位误差，且上采样操作导致计算量依然较大。 针对以上问题，本文提出了一种基于地表网格的快速BP成像方法。设计了一种地表成像网格布置策略，以解决地表弯曲引起的方位散焦问题。通过对高轨观测情况下平面成像网格导致的二次相位误差分析，证明了平面网格的不足。接着，建立了基于地表曲率的曲面网格，利用GPS信息、波束指向和平均高程确定网格中心点和切平面，以纬线方向单位向量和经线方向单位向量定义网格。 此外，本文还推导了图像像素点对应的二维频谱范围与网格点三维坐标之间的解析关系，提出两步频谱压缩方法，解决了子孔径图像的方位频谱解混叠问题。通过多级子孔径图像合成技术进一步减小计算量，提高成像速度。 该方法不仅考虑了地表弯曲对成像的影响，而且通过创新的频谱处理和子孔径图像合成技术，实现了高轨SAR成像的快速和精确。这一方法有望突破现有快速BP算法的局限性，为高轨SAR成像提供更高效、更准确的解决方案。