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高轨合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEO SAR)是指运行于倾斜地球同步轨道的星载SAR,轨道高度约为36000km,轨道周期为一天。相比传统低轨星载SAR,高轨SAR具有宽覆盖、高重访与持续观测能力强的优势,能够满足灾害监测、应急响应、军事应用等方面的迫切需求。然而,高轨SAR的系统特性与非理想因素影响与低轨SAR不同。传统低轨SAR的局部圆轨迹模型不能描述高轨SAR弯曲轨迹与复杂多普勒特性,基于该模型的多普勒特性分析与工作模式设计方法失效。传统距离-方位两维分辨率不能够准确表征高轨SAR斜视照射下地距分辨能力的边界与非均匀分布特性,传统基于距离-方位两维分辨率的参数设计方法失效。传统天线振动误差、高程误差与定位误差分析方法基于直线轨迹与正侧照射假设,在高轨SAR弯曲轨迹、斜视照射条件下不再适用。本文针对高轨SAR的系统特性分析、载荷参数设计与非理想因素影响分析的关键问题开展深入研究,研究工作和创新成果主要体现在以下几个方面:一、提出基于曲率圆运动模型的高轨SAR特性分析与工作模式设计方法。首先建立高轨SAR弯曲轨迹的曲率圆运动模型;然后基于该模型表征多普勒参数,分析高轨SAR时间-多普勒频率特性;随后推导了波束扫描模式关键参数表达式,提出了一种基于曲率圆运动模型的波束扫描模式设计方法。相关的研究成果有助于深入理解高轨SAR复杂运动特性与多普勒特性,为高轨SAR工作模式设计提供了有力的理论工具。二、提出基于均匀性最优准则的高轨SAR分辨率参数设计方法。首先基于高轨SAR几何模型得到斜距-地距投影关系,推导地距模糊函数,指出分辨区域近似为椭圆;然后采用分辨率椭圆长轴与短轴之比表征地距分辨率的非均匀特性,并推导得到均匀性最优条件;最后提出一种基于均匀性最优准则的地距分辨率优化设计方法,为高轨SAR分辨率参数设计提供了有力支撑。三、提出弯曲轨迹与斜视照射条件下的高轨SAR非理想因素影响分析方法,非理想因素包括天线振动误差、高程误差与定位误差。针对天线振动问题,首先建立高轨SAR天线振动模型,将天线振动分解为位移振动与转动振动两种振动形式,分别主要影响回波相位与幅度;然后,基于弯曲轨迹下的高阶频谱,推导位移振动影响下的点扩展函数,分析了需要重点抑制的振动频率范围;随后,建立弯曲轨迹与斜视照射下的两维时变天线增益模型,推导转动振动影响下的点扩展函数,给出了振动幅度与成对回波幅度的定量关系。针对高程误差,推导弯曲轨迹与斜视照射下高程误差导致的多普勒相位误差,定量分析图像散焦与两维位移,提出图像质量对高程精度的约束。针对定位误差,基于距离-多普勒定位原理推导适用于零多普勒调频率与斜视照射的定位误差的表达式。计算机仿真实验证明了非理想因素分析方法的有效性,为高轨SAR系统精度分析提供了有力保障。