[发明专利]一种基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法

说明书

技术领域

本技术发明属于雷达技术领域，它特别涉及了合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率的微波成像系统。合成孔径雷达依靠雷达和目标之间的相对运动来合成虚拟阵列以获得方位向高分辨率，利用大带宽信号实现距离向高分辨率，可以对照射场景进行二维成像。线阵合成孔径雷达(Linear array SAR)三维成像系统是将线阵天线安装在运动平台上的一种新型合成孔径雷达系统。线阵SAR三维成像系统在切航迹方向(垂直于距离向-沿航迹向平面的方向)上放置一列线阵天线，利用脉冲压缩技术获得距离向高分辨力，利用平台运动形成虚拟阵列天线获得沿航迹向高分辨力，利用线性阵列天线合成孔径获得切航迹向分辨率，从而得到照射场景的三维成像结果。与传统SAR系统相比，线阵SAR具有以下独特优点：

1.三维成像能力，可以对城市街区、高山峡谷和森林等地形变化剧烈的复杂地形进行三维成像，克服传统SAR二维成像的盲区；

2.多模式工作能力，除了传统的侧视模式，还可以工作于下视模式，克服了传统SAR起伏地形成像时阴影效应和几何畸变。

线阵SAR作为一项新的空间对地观测和侦察手段，无论在民用还是军事应用领域都有着更为广泛的发展空间。在民用方面，线阵SAR成像雷达系统可用于对城市地区进行三维测绘；对复杂地形区域的地形测绘以便于进行对地观测、灾害预测与灾害评估、协助飞行器的导航及盲降；在军用方面，线阵SAR成像雷达系统可以对隐藏在深峡谷的军事目标进行监视和侦察搜索，提高目标识别能力。因此线阵SAR已经成了最近合成孔径雷达成像技术领域的研究热点。

当今线阵SAR三维成像算法主要基于匹配滤波理论，如三维距离-多普勒(RD)算法和三维后向投影(BP)算法，见参考文献“G.Fornaro，F.Serafino，and F.Soldovieri.Three-dimensional focusing with multipass SAR data.IEEE Trans.Geosci.Remote Sens，vol.41，no.3，pp.507-517，Mar.2003.”和“Shi Jun，Zhang Xiaoling，Yang Jianyu，Wang yinbo.Surface-Tracing-Based LASAR 3-D Imaging Method viaMultiresolution Approximation.IEEE Trans.Geosci.Remote Sens，vol.46，no.11，pp.3719-3730，Nov.2008.”。根据天线和匹配滤波理论，线阵SAR切航迹向聚焦信号为类sinc函数，分辨率定义为点扩散函数的3dB宽度。在平台高度和系统工作中心频率固定之后，线阵SAR系统切航迹向分辨率取决于线阵天线长度，线阵天线长度越长，切航迹向分辨率就越高。但在实际中线阵SAR系统载体长度有限，制约了实际线阵天线长度的扩展，所以切航迹向的分辨率往往低于其它两维分辨率，影响线阵SAR在许多领域的实际应用，如高空高精度三维测绘等。线阵SAR的天线工作模式一般可分为一发多收和多发多收模式，根据现有的匹配滤波成像方法，这两种模式都要求相邻阵元或者相邻等效阵元位置之间的间距小于雷达工作波长的一半，所以在阵列天线设计时需要布置大量的天线阵元及相关的接收设备，不仅增加了线阵SAR系统的硬件设计难度和成本，同时也大大增加了系统的回波数据采集和存储负担。因此，切航迹向低分辨率、多天线阵元数和大数据量采集存储负担成为了当今线阵SAR三维成像技术走向实际应用面临的主要问题。