合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种高分辨率的地球遥感系统,具有全天时、全天候成像的优点,受到国内外的广泛关注和应用。但是,传统的单通道SAR系统由于受到最小天线面积的限制,不能同时实现宽测绘带和方位向高分辨率:宽的测绘带需要较低的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)来避免距离模糊,而高的方位分辨率要求较高的PRF来抑制方位模糊。方位多通道SAR系统通过在方位向采用多个接收通道来增加方位向空间采样频率,可以有效克服这个矛盾。本文围绕方位多通道SAR系统在高分宽幅(High Resolution Wide Swath,HRWS)模式下成像处理过程中所遇到的关键性技术难点展开,具体研究内容如下:(一)方位多通道SAR信号重建:传统的重建算法主要可以分为两类,传递函数法和自适应重建算法,这两种算法在距离多普勒域对每个频点通过矩阵求逆分别计算重建系数来抑制多普勒模糊。通过距离多普勒域相位补偿的方法可以将随多普勒变化的重建系数转换成固定的重建系数,这样仅需一次矩阵求逆即可实现方位模糊抑制,从而大大降低算法运算量。由于动目标和静止目标的传递函数和导向矢量不同,传统方法不能同时抑制静止目标和动目标的方位模糊。本文提出通过方位时域的数字波束形成技术将条带模式的多通道信号转换成无模糊的聚束信号,这种方法不需矩阵求逆运算,并且可以同时抑制动目标和静止目标的方位模糊。(二)方位多通道SAR通道误差校准:通道误差包含幅度误差、相位误差和位置误差,会严重影响多普勒模糊的抑制效果。传统子空间类误差校准算法通过构造单个多普勒频点的协方差矩阵,并利用特征分解的方法分离出噪声子空间和信号子空间,最后根据阵列流型和子空间之间的关系获取通道误差。传统算法需要从多个多普勒频点分别估计相位误差,然后通过平均的方法提高估计精度,这将大大增加算法运算量。本文通过相位补偿的方法可以同时使用所有多普勒频点的数据估计相位误差,大大增加了训练样本数量,从而有效提高算法精度,且仅需一次特征分解从而降低了算法运算量。同时本文还以图像中的孤立强目标作为校准源,分别提出了基于强散射源的校准算法和基于互相关的校准算法,这两种算法在图像中存在孤立强目标的条件下具有估计精度高、鲁棒性高的特点。(三)强目标带外方位模糊抑制:由于实际的天线方向图不是带限的,强目标回波存在带外多普勒谱,这些带外信号将会带来残余的方位模糊。对高分宽幅模式下的多通道SAR系统而言,其多普勒谱的重建系数通过构造零点来抑制带内模糊,然而由于系统自由度限制导致带外模糊不能被有效抑制,并且在重建时扩散到其余多普勒频率处,使得SAR图像中的带外模糊扩散到带内。为了有效抑制强目标的带外模糊,本文通过构建凹口滤波器在距离压缩域和图像域分别提出了相应的滤波算法。所提算法可以实现在不增加通道个数和改变系统PRF的条件下有效滤除带外模糊,而且尽可能的降低对其余目标信号分量的削弱。(四)高分宽幅模式下动目标检测和径向速度估计:在高分宽幅模式下,接收通道个数往往等于多普勒最大模糊数,系统PRF远远小于多普勒带宽,每个通道得到的SAR图像是模糊的,大大增加了动目标检测和径向速度估计的难度。本文通过DBF技术将模糊的多通道SAR信号转换成无模糊的多视SAR信号,然后采用多视处理算法检测出动目标。在高分宽幅模式下,动目标可能和多个杂波重叠在一起,本文提出了采用最大似然法来估计动目标的径向速度。根据多通道HRWS SAR杂波的位置特点,将最大似然估计的多维谱峰搜索简化成一维谱峰搜索,并通过矩阵分块的方法降低矩阵求逆的次数,从而大大降低了算法运算量。所提算法所允许的动目标和杂波的数目之和最大可以等于通道个数。本文的主要创新点如下:第一:提出了三种高分辨率宽测绘带模式下多通道SAR系统通道误差校准算法。所提的改进的子空间类校准算法能够有效改善低SNR条件下通道误差估计性能。所提的基于互相关的校准算法和基于强散射的校准算法,在图像中存在孤立强散射的条件下具有很高的校准精度和鲁棒性。第二:提出了多通道SAR图像中强目标带外模糊抑制算法。利用强目标带外信号和与其重叠信号的方向性差异,通过构建凹口滤波器的方法可以有效滤除强目标带外信号,并且保留其余目标信号分量。仿真结果表明强目标的最大方位模糊可以从-20dB削弱到-40dB以下,实测实验表明,强目标的方位模糊可以进一步削弱10dB。第三:提出了高分宽幅模式下动目标检测和径向速度估计方法。所提动目标检测算法能够在不存在通道冗余的条件下实现动目标检测。所提基于最大似然估计的动目标径向速度估计算法在存在较多杂波和低SNR条件下仍然具有很高鲁棒性。