[发明专利]一种快速压缩传感三维SAR稀疏成像方法

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：

由于具有全天时、全天候和大场景观测等优势，合成孔径雷达(SAR)已成为当前大面积地形测绘的一项重要遥感技术，在地形测绘、自然灾害监测和自然资源调查等领域发挥越来越大的作用。三维SAR是传统二维SAR成像技术的扩展，可以获得观测场景目标的三维雷达成像，能够更加精细地描述观测场景中目标的几何和散射特征，非常有利于目标特征提取和识别，成为了SAR成像技术未来发展的必然趋势及热点研究课题。三维SAR成像的基本原理是通过天线的运动合成一个大的虚拟二维面阵天线，获得面阵平面内二维高分辨，再结合脉冲压缩技术获得雷达视线方向高分辨率，实现对观测场景目标的三维成像。现有的三维SAR成像体制主要有圆周SAR、层析SAR和阵列SAR等。

压缩传感稀疏重构作为一种近几年新提出的信号处理理论，突破了传统Nyquist采样定理约束，可利用远低于Nyquist采样率精确重构原始稀疏信号(详见参考文献“D.L.Donoho.Compressed sensing.IEEE Transactions on Information Theory,2006,52(4):1289-1306”)，在降低三维SAR系统采样率和提高成像质量等方面有着巨大的应用潜力。然而，压缩传感理论应用于三维SAR成像有大量关键问题没有解决，成像过程的计算量和运算时间正是这些关键问题之一。现有压缩传感SAR成像模型把三维场景的反射系数重组成一维待重建信号，再把全三维回波数据重组成一维观测信号，其对应的测量矩阵维数为待重建信号和观测信号维数乘积，故现有压缩传感SAR成像模型的测量矩阵维数往往非常大，造成压缩传感稀疏成像时运算量巨大甚至无法重建(详见参考文献“V.M.Patel,G.R.Easley,D.M.Healy,et al..Compressed synthetic aperture radar.IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,2010,4(2):244-254”)。因此，目前大部分压缩感知SAR成像方法都是针对小幅场景，离实际大场景成像应用需求还有较大差距。

发明内容：

为了解决三维SAR大数据量处理及三维场景稀疏重构运算量过大的问题，本发明提供了一种快速压缩传感三维SAR稀疏成像方法，本发明根据三维SAR回波数据结构特性及三维场景稀疏特征，采用回波数据等距离分维和目标场景稀疏分块共同处理的思路，对压缩传感三维SAR成像模型中的测量矩阵及重构信号进行降维处理，降低压缩传感三维SAR稀疏成像的运算量。本发明提出的方法适用于圆周SAR、层析SAR和阵列SAR等三维SAR成像技术以及其它SAR成像技术领域。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、稀疏信号

如果一个离散信号中非零值的个数远小于信号本身的长度，则该信号可认为是稀疏的。设X＝[x₁,x₂,…,x_N]^T为N个离散信号组成的列向量，其中x₁表示向量X中的第1个元素，x₂表示向量X中的第2个元素，x_N表示向量X中的第N个元素，右上角正体符号T为转置运算符号。如果向量X中仅有K₀个元素非零或远大于零，则向量X定义为K₀稀疏向量。详见文献“S.Mallat.A Wavelet Tour of Signal Processing:The Sparse Way.Access Online via Elsevier,2008”。

定义2、等效天线相位中心

等效天线相位中心是天线所发射电磁波在离开天线一定距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为等效天线相位中心位置。在远场条件下，收发分置的两个天线的等效天线相位中心可近似为两个天线的中心位置。

定义3、范数