總 序
我國的雷達事業(yè)，經(jīng)過數(shù)十年幾代人的努力，從無到有，從小到大，從弱到強，在許多領(lǐng)域已經(jīng)進入了國際先進行列。為了總結(jié)這些經(jīng)驗，給今后的雷達發(fā)展打好基礎(chǔ)，前些年，我們在眾多雷達專家、學(xué)者的支持和參與下，在總結(jié)長期雷達科研、生產(chǎn)、教學(xué)、使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，聚集體智慧，組織了“雷達技術(shù)叢書”的編寫工作。該套叢書一經(jīng)電子工業(yè)出版社隆重推出，便受到業(yè)內(nèi)同行的熱烈歡迎，也成為我國雷達界的一項重要科研成果。
轉(zhuǎn)眼，距“雷達技術(shù)叢書”的出版已近十年，在我國國防建設(shè)與經(jīng)濟建設(shè)需求的推動下，在電子信息技術(shù)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上，雷達及雷達相關(guān)技術(shù)又有了新的進步。近年來，我國在相控陣天線及其發(fā)射接收組件技術(shù)方面取得了很大進步，并推廣應(yīng)用于各種對空目標監(jiān)視雷達及各類機載雷達；開展了高分辨率多維雷達信息獲取前沿技術(shù)研究，實現(xiàn)了機載與星載高分辨率合成孔徑雷達（SAR）成像和超寬帶雷達成像，這些都在國防建設(shè)和各個民用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在天線、微波、信號處理、數(shù)據(jù)處理等雷達基礎(chǔ)技術(shù)快速發(fā)展的同時，與通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展相同步，我國在雷達組網(wǎng)、雷達數(shù)據(jù)整合等雷達系統(tǒng)技術(shù)方面也取得了驕人的進步，使得雷達成為空間射頻信息獲取的重要工具。特別值得一提的是，為適應(yīng)航空、航天和空間應(yīng)用的需要，我國在用于空間目標探測、跟蹤和精密測量的大型單脈沖雷達與相控陣雷達技術(shù)方面獲得了新的進展，其中相當(dāng)部分擁有發(fā)明專利與自主知識產(chǎn)權(quán)。與此同時，在推動我國雷達技術(shù)進步的隊伍中也涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀的年輕專家。在總結(jié)近幾年雷達及雷達系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，為滿足雷達信息獲取的新要求，包括地基雷達對高速、高機動飛行目標及機載與星載雷達對地面、海面乃至地下目標獲取信息的要求，我們再次組織編寫了“空間射頻信息獲取新技術(shù)叢書”（以下簡稱叢書）。該套叢書的正式出版和推廣，將有利于正確把握雷達技術(shù)發(fā)展方向，促進我國雷達事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
為使叢書較系統(tǒng)地總結(jié)和反映我國在空間射頻信息獲取與應(yīng)用方面所取得的創(chuàng)新技術(shù)與理論成果，同時吸納國外在該領(lǐng)域的相關(guān)前沿基礎(chǔ)科研成果，為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展提供借鑒作用，本套叢書除包括本版內(nèi)容之外，還充實了國外引進版內(nèi)容。全套叢書的內(nèi)容定位主要突出空間射頻信息獲取技術(shù)的工程設(shè)計性，反映空間射頻信息獲取的新技術(shù)。在本版內(nèi)容中，強調(diào)總結(jié)我國科技人員近年來在空間射頻信息獲取技術(shù)領(lǐng)域取得的重大科技成果和突破性進展，框架設(shè)想上體現(xiàn)新技術(shù)和創(chuàng)新發(fā)展；在國外引進版內(nèi)容上，重點吸納國外空間射頻信息獲取技術(shù)領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究和對該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展具有借鑒作用的新技術(shù)。全套叢書盡可能提供有關(guān)研究圖表、數(shù)據(jù)、曲線和計算公式，使設(shè)計舉例更具有實用性。
叢書的編寫創(chuàng)作主要由領(lǐng)域內(nèi)幾位院士和眾多中青年專家擔(dān)綱，他們既要完成繁重的科研和管理任務(wù)，又要抓緊時間撰寫書稿，工作十分辛苦，在此，我們謹代表叢書編委會，向各冊作者和審稿專家表示深深的敬意！我們希望本套叢書所展示的新技術(shù)、新成果和新理論等能對從事該技術(shù)領(lǐng)域科研、設(shè)計、教學(xué)、管理工作的人員，部隊干部、戰(zhàn)士，以及高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生、研究生有所幫助，從而促進我國空間射頻信息獲取技術(shù)的發(fā)展，為國家信息化建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)作出貢獻。
本套叢書的出版，得到了中國電子科技集團公司、中國電子科學(xué)研究院、南京電子技術(shù)研究所、西安電子科技大學(xué)等各參與單位的大力支持，得到了電子工業(yè)出版社領(lǐng)導(dǎo)和劉憲蘭首席策劃編輯的積極推動，得到了參與叢書工作全體同志的熱情幫助，在此一并表示衷心的感謝！
叢書主編、中國工程院院士
王小謨 張光義
2013年5月
前 言
2005年我們編著出版了《雷達成像技術(shù)》一書，這時距合成孔徑雷達（SAR）概念的提出已有半個世紀，國際上合成孔徑雷達已應(yīng)用很多年，各種成像算法也趨于成熟。我國對合成孔徑雷達的研究起步并不晚，20世紀70年代后期，中國科學(xué)院電子所就研制出機載合成孔徑雷達樣機，并得到約10m分辨率的清晰圖像。但國內(nèi)合成孔徑雷達開始廣泛應(yīng)用還是21世紀初的事，雖然較國際上落后了許多年，但發(fā)展很快，在短短幾年里，不少單位開展了研究，并在許多方面取得了實際成果，通過較廣泛的實踐，加深了對合成孔徑雷達的認識。我們有幸參加了部分工作，這是難得的學(xué)習(xí)機會，使我們對合成孔徑雷達有了進一步的理解。當(dāng)時，王小謨、張光義兩位院士倡議編著雷達技術(shù)叢書，要我們編著《雷達成像技術(shù)》分冊，我們愉快地接受了該項任務(wù)，期望能在我國合成孔徑雷達蓬勃發(fā)展之際，結(jié)合我們幾年來的研究和實際體會以書面形式發(fā)表，供后來參加這一領(lǐng)域的科技工作者參考，為合成孔徑雷達在我國更好、更廣、更快發(fā)展的事業(yè)中，貢獻一點綿薄之力。
《雷達成像技術(shù)》出版至今雖只有短短幾年，但國內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展極其迅速，而且應(yīng)用的范圍越來越廣泛。幾年的廣泛實踐也使國內(nèi)合成孔徑雷達的研究水平得到明顯提高，其水平基本上與國際水平相當(dāng)。同時，在這幾年里國際合成孔徑雷達又有了不少新的發(fā)展。在這種新的形勢下，我們覺得原來編著的那本書已難以滿足新發(fā)展的要求。為此，我們編著了這本《雷達成像算法進展》，供有關(guān)讀者參考。合成孔徑雷達的新進展主要分物理和應(yīng)用兩個層面，本書介紹的新技術(shù)是應(yīng)用層面的。
近年來，合成孔徑雷達的應(yīng)用領(lǐng)域有不少新的擴展，雖然成像的基本原理仍然適用，但具體算法常常需根據(jù)具體情況作相應(yīng)改變。本書重點討論合成孔徑雷達在各種新的應(yīng)用場合的成像算法，但為了便于讀者閱讀，以及與既往的成果相聯(lián)系，我們用不長的篇幅在第1章里對合成孔徑雷達的基本原理和各種成像算法進行了扼要介紹。但介紹這些內(nèi)容時，不再采用一般按歷史發(fā)展由近似到精確、由簡到繁的敘述方法，而是根據(jù)成像原理導(dǎo)出相應(yīng)的精確算法，然后按實際中對不同的分辨率和精度要求，介紹歷史發(fā)展中先后提出的，而當(dāng)前仍在應(yīng)用的各種算法。
第2章介紹常用正側(cè)視條帶式和小區(qū)域聚束式之外的幾種工作模式的合成孔徑雷達成像技術(shù)，首先介紹大斜視條件下，常規(guī)基于傾斜譜的波數(shù)域算法和非線性CS算法都不適用，給出了在斜視角方向基于正交譜的斜視SAR成像。其次介紹了較大區(qū)域的聚束模式成像算法，隨著分辨率提高和測繪帶的增大，常規(guī)的極坐標格式算法不夠嚴格，而常規(guī)波數(shù)域算法要求重復(fù)頻率大于總方位帶寬，為此介紹了在重復(fù)頻率略大于瞬時帶寬條件下的成像算法。然后介紹了在滑動聚束模式下，子孔徑成像算法和全孔徑成像算法。最后，針對星載條帶SAR，測繪帶和分辨率是一對矛盾，介紹了采用多通道體制，采用低重復(fù)頻率而有多普勒模糊，通過多通道真實空間采樣，彌補合成孔徑空間采樣不足，解決高分辨率寬測繪帶問題，給出了相應(yīng)的成像算法。
第3章介紹在機載情況下存在運動誤差時的補償技術(shù)。首先討論了機載SAR運動概況，分析了天線相位中心位置誤差及不同模式下的“平地窄波束”假設(shè)和運動補償方法。并針對寬波束模式中運動誤差存在對目標方位和高程的依賴性，給出殘余誤差的補償方法。其次介紹基于慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的運動補償技術(shù)，并以不同機載平臺實測數(shù)據(jù)為例，說明運動補償對機載數(shù)據(jù)處理的必要性及有效性。接著介紹基于數(shù)據(jù)的運動參數(shù)估計方法，包括多普勒中心和多普勒調(diào)頻率及多孔徑圖像偏移等，這些內(nèi)容是進行基于回波數(shù)據(jù)運動補償?shù)幕A(chǔ)。然后介紹相位梯度自聚焦（PGA）和擴展PGA（E-PGA）的補償方法。PGA的獨特之處在于它并不基于誤差多項式模型，而是根據(jù)圖像中某些特顯點的散焦狀況進行自聚焦處理的方法。最后介紹基于回波數(shù)據(jù)的運動補償算法并給出結(jié)合運動補償?shù)腟AR成像實例。
第4章介紹各類目標的逆合成孔徑雷達（ISAR）成像，首先從常用的空、海目標，即飛機和艦船成像出發(fā)，介紹基本的平動補償（包絡(luò)對齊和自聚焦）方法、基于時頻分析的方位瞬時成像方法，針對具有游動部件的目標，采用微多普勒分析和分離的成像算法。自旋部件是空間目標中常見的，為此采用窄帶和寬帶雷達，對它進行了二維和三維成像的討論。接著介紹了對方位缺失部分數(shù)據(jù)情況下稀疏孔徑成像和多個稀疏子頻帶相干合成的稀疏頻帶成像。最后介紹了采用壓縮感知（CS）技術(shù)提高ISAR分辨率的成像方法。
第5章介紹雷達對地面運動目標探測的新技術(shù)。首先簡單介紹了單孔徑地面運動目標檢測（SAR-GMTI）常見的幾種處理方法。接著介紹多孔徑SAR利用“圖像對”進行SAR-GMTI的基本原理和基本信號處理方法，包括偏置相位中心天線（DPCA）方法和沿跡干涉（ATI）方法。然后對引起SAR圖像對的相干性下降的各種因素進行分析，并給出提高SAR“圖像對”相干性的補償方法。最后介紹利用多基線提高GMTI性能的信號處理方法和采用空時自適應(yīng)處理（STAP）的雜波抑制方法。
第6章介紹干涉合成孔徑雷達（InSAR）多維測繪新技術(shù)及其應(yīng)用。首先從合成孔徑雷達干涉技術(shù)的基本原理入手，簡要介紹InSAR的幾何模型和數(shù)據(jù)處理流程，并討論了傳統(tǒng)單基線InSAR對復(fù)雜地形測繪應(yīng)用的局限性；以當(dāng)前最新的InSAR系統(tǒng)為例，介紹新體制InSAR系統(tǒng)的原理和新體制下InSAR技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜地形測繪的新發(fā)展。然后介紹先驗DEM輔助InSAR處理的新技術(shù)。最后介紹了合成孔徑雷達多基線干涉技術(shù)和下視三維成像技術(shù)的優(yōu)勢及其相關(guān)信號處理方法。
本書是由西安電子科技大學(xué)國防科技雷達信號處理重點實驗室雷達成像分室集體編著的。雷達成像分室成立于21世紀初，主要骨干為邢孟道、李真芳、王彤。邢孟道為分室主任，保錚作為實驗室學(xué)術(shù)委員會主任，更多地參加了該分室的工作。由于國內(nèi)雷達成像迅速發(fā)展，分室規(guī)模迅速擴大，至今已建立了一支具有較高水平的年輕隊伍。一批年輕人，雖然從事工作時間不長，但經(jīng)受多次任務(wù)的鍛煉，已成為比較成熟的骨干，本書動員分室全體成員合作完成。我們先對內(nèi)容提綱進行了集體討論，然后分工編著，其中第1章由保錚編寫，第2章由孫光才編寫，第3章由張磊編寫，第4章由白雪茹編寫，第5章由王彤編寫，第6章由李真芳編寫。然后再通過集體討論，最后由邢孟道整理定稿。同時，在本書的編著過程中得到了研究。
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