方位向变速扫描星载TOPS SAR信号处理方法

来源：信号处理杂志 2025年第3期北京时间：

作者：陈阳阳, 徐伟, 黄平平, 谭维贤

摘要：循序扫描地形观测模式（Terrain Observation by Progressive Scans， TOPS）是星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）的一种工作模式，具有宽测绘带的特点。因为星载TOPS SAR的这一特点，该模式被广泛应用于军事和民用领域。在宽测绘带的条件下，TOPS SAR扫描场景内目标的类型会相对变多，目标的方位向分辨率需求也随着目标类型的增多而增多，但一般的TOPS SAR的方位向分辨率单一，不能满足大扫描区域内多种不同类型目标的方位向分辨率需求。方位向变速扫描星载TOPS SAR通过调整SAR天线波束的扫描速率对观测区域进行变速扫描，让不同方位位置的目标拥有不同的扫描时间，从而获得关于不同方位位置目标的不同信息量。因此方位向变速扫描星载TOPS SAR可以实现在同一扫描区域内获得多个方位向分辨率，从而同时满足多个不同类型目标的方位向分辨率需求。但对于方位向变速扫描的星载TOPS SAR信号，一般的信号处理方法不再适用。针对这一问题，本文结合方位向变速扫描星载TOPS SAR信号特点，提出了一种适用于方位向变速扫描TOPS SAR的信号处理方法。其中第一步，利用多普勒中心移除处理和方位向补零处理来尽量消除信号的多普勒混叠现象；第二步，通过去斜、升采样等处理让信号的方位向多普勒总带宽小于SAR系统的脉冲重复频率（Pulse Repetition Frequency， PRF），从而完全消除了信号的多普勒混叠现象；第三步，通过乘以原始多普勒历程恢复函数来恢复信号在没有处理前的多普勒历程，接着进行距离徙动矫正和距离向压缩；最后，采用瞬时信号相移函数和尺度傅里叶变换（Scaled Fourier Transform， SCFT）消除波束旋转中心到卫星的距离变化对方位向距离采样间隔的影响并进行方位向压缩得到SAR图像。通过点目标仿真实验和场景分布目标模拟实验，并对比目标的成像性能指标验证了目标成像结果的正确性和所提方位向变速扫描TOPS SAR的信号处理方法的有效性。本文提出的方位向变速扫描TOPS SAR信号处理方法解决了该扫描模式信号的多普勒混叠问题，并能对目标进行精准成像，且实现了在同一测绘带内获得不同方位向分辨率，同时满足了大扫描范围内不同类型目标的方位向分辨率需求，为需要不同方位向分辨率的应用场景提供了便利。

关键词：‍‍循序扫描地形观测模式, 方位向分辨率, 变速扫描, 多普勒带宽