[发明专利]一种GEO星机双基SAR无模糊成像方法

说明书

本发明公开一种GEO星机双基SAR无模糊成像处理方法，应用于雷达技术领域，针对现有技术无法对GEO星机双基SAR工作模式下的SAR回波信号进行高效的精确成像的问题，本发明首先根据GEO星机双基SAR几何关系完成回波信号模型的构建；然后，建立方位向欠采样的回波解耦观测模型；接着，将解耦观测模型转换为稀疏和低秩联合求解问题；最后，利用改进的交替方向乘子法进行场景恢复，得到成像结果；可以有效地解决GEO星机双基SAR无模糊成像中计算效率低下问题，可以实现GEO星机双基SAR的高效高精度成像。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种GEO(Geosynchronous Earth Orbits，地球同步轨道)星机双基SAR成像技术。

背景技术

合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)是一种全天时、全天候的高分辨率成像系统，通过发射大时宽积的线性调频信号，接收时经匹配滤波得到脉冲压缩信号，以获得距离向高分辨率，利用合成孔径技术实现方位向的高分辨率。成像质量不受天气条件(云层、光照)等影响，具有对远距离目标进行检测和定位的特点。SAR典型的应用领域包括灾害监测、资源勘探、地质测绘、军事侦察等。

与机载双基SAR相比，GEO星机双基SAR提供了独特的遥感探测能力，可以利用地球同步轨道卫星SAR的持续性大波束照射特性，对目标区域实现长时间覆盖性探测，并且重访周期很短。另一方面，与GEO单站SAR系统相比，该系统可以在较短的观测时间内获取较高的空间分辨率和辐射分辨率，有利于对观测区域的动态感知。因此，地球同步轨道卫星-机载双基合成孔径雷达成像具有广泛的应用前景。

GEO星机双基SAR工作模式下，其多普勒频率主要贡献由机载平台提供，而发射信号则由地球同步轨道卫星提供，由于卫星信号的PRF(pulse repetition frequency，脉冲重复频率)较低，因此会出现多普勒频谱混叠的问题，因此传统的双基SAR成像算法无法处理GEO星机双基SAR回波的多普勒频谱混叠问题。在文献Azimuth signal multichannelreconstruction and channel configuration design for geosynchronousspaceborne-airborne bistatic SAR(《IEEE Transactions on Geoscience and RemoteSensing》,vol.57,no.4,pp.1861–1872,Apr.2019.)中，采用多通道接收技术解决方位混叠问题，通过调整信道配置优化成像性能。然而，由于在面对N倍多普勒模糊时需要N个接收信道进行抑制，该方法对接收系统资源提出了更高的要求。在文献Fast CompressedSensing SAR Imaging Based on Approximated Observation(《IEEE Journal ofSelected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》vol.7,no.1,pp.352-363,Jan.2014)中，采用压缩感知的方法对SAR成像建模，并结合传统匹配滤波算法，通过快速迭代阈值算法进行求解，在欠采样的情况下实现SAR成像。然而基于压缩感知的成像算法只是将二维后向散射系数矩阵强制转换为矢量，而忽略了成像场景中不同行或列之间的关联性。在文献“A novel way for radar imaging utilizing joint sparsityand low-rankness”(《IEEE Transactions on Computational Imaging》,pp.868–882,early access.2020.)中，采用一种联合稀疏度和低秩度的SAR成像方法，将SAR图像建模为一个低秩矩阵和一个强散射体组成的稀疏矩阵，进一步将SAR成像的过程表述为联合稀疏低秩矩阵的恢复问题，最后利用联合稀疏低秩矩阵恢复问题的OSRanP方法完成求解。但是该方法需要构建场景恢复的观测矩阵，因此需要巨大的存储空间和计算资源。可见，上述方法都无法对GEO星机双基SAR工作模式下的SAR回波信号进行高效的精确成像。

发明内容