[发明专利]一种面向机动平台前视成像的SAMP重构方法

说明书

本发明属于机动平台前视成像领域，公开一种面向机动平台前视成像的SAMP重构方法，包括以下步骤：获取基带回波信号，并对其进行距离向匹配滤波处理，对距离向匹配滤波信号依次进行直线轨迹逼近、包络去斜、距离向逆傅里叶变换处理，得到预处理后的回波信号，建立过完备字典矩阵，采用改进的SAMP算法完成机动平台的前视成像；该方法通过对单基扫描前视成像模型的公式推导，将机动平台前视成像回波录取过程等效成一种线性求逆问题模型，随后针对机动平台所特有的存在大俯冲角与三维加速度的问题，生成一种能够准确描述目标场景的改进型字典矩阵，最后利用SAMP方法反演出前视场景内各点目标的后向散射系数，实现在机动平台上的前视成像。

技术领域

本发明涉及机动平台前视成像领域，具体涉及一种面向机动平台前视成像的稀疏度自适应的匹配追踪(SAMP)重构方法。

背景技术

前视模式是遥感探测领域内一种重要的成像模式，能够全天时、全天候、远距离地对飞行方向正前方区域进行探测成像，有着广阔的应用前景。同时，前视成像结果能够用于检测识别正前方感兴趣区域内的高价值目标，相比单脉冲目标检测方法而言，前视成像极大地提升了检测识别精度，因此前视雷达成像成为近年来的研究重点。

当雷达波束指向飞行平台的正前方时，左右两侧场景与平台速度矢量所形成的锥角相同，从而传统成像方法将面临左右多普勒模糊的问题。另一方面，从合成孔径雷达(SAR)的角度理解，前视成像模型中距离向和方位向重合，且等距离环和等多普勒线相互平行，因此正交于速度矢量方向的分辨率只能由天线实孔径提供。为了解决上述问题，一种应对方案是采用发射机和接收机分置的双基SAR系统进行前视成像，这样做的本质是将前视成像区域内的等距离环和等多普勒线去平行化，但由于需要至少两部雷达相互配合，极大的提升了系统的复杂度与信号处理的难度，因此研究简便高效的单基前视成像方法迫在眉睫。

将波束扫描与超分辨技术相结合的单基前视成像方法是机动平台前视成像领域的一种可行方案。然而，正交匹配追踪(OMP)方法需要稀疏度作为先验知识，且场景重构成功率随三维速度、三维加速度的增加而极具下降，这为机动平台前视成像处理带来了额外的困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种面向机动平台前视成像的SAMP重构方法，该方法通过对单基扫描前视成像模型的公式推导，将机动平台前视成像回波录取过程等效成一种线性求逆问题(LIP)模型，随后针对机动平台所特有的存在大俯冲角与三维加速度的问题，生成一种能够准确描述目标场景的改进型字典矩阵，最后利用稀疏度自适应的匹配追踪(SAMP)方法反演出前视场景内各点目标的后向散射系数，实现在机动平台上的前视成像。

本发明的技术思路如下：

(1)改进传统的过完备字典矩阵，精确构造面向机动平台前视成像模型的稀疏基矩阵，使得后续成像处理中的贪婪类算法能够更加快速地迭代出满足残差终止条件的列空间：(1a)针对机动平台所面临的大俯冲机动问题，建立更加精确的斜距模型，从而令俯冲角对字典矩阵的构建产生有效约束；(1b)针对机动平台所面临的三维加速度问题，推导出回波录取过程中的瞬时锥角，并对过完备字典矩阵做出相应改进；(1c)结合(1a)(1b)中改进的字典矩阵，对回波信号进行预处理，以消除残余的重构失配项。

(2)针对正交匹配追踪算法依赖信号稀疏度的问题，对SAMP算法进行改进并应用到机动平台前视成像问题中：(2a)结合(1)中改进的过完备字典矩阵，构建基于加权最小二乘法的匹配追踪过程，在稀疏基矩阵中寻找与回波信号相关程度最高的列空间；(2b)当重构残差出现异常升高时，增大稀疏度进行新一轮迭代搜索；(2c)改进迭代终止条件使其更加稳健，生成场景重构结果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种面向机动平台前视成像的SAMP重构方法，包括以下步骤：

步骤1，结合笛卡尔坐标系建立面向机动平台的单基前视扫描成像模型；