[发明专利]一种基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法

摘要

本发明提供了一种基于压缩传感的线阵SAR成像算法，针对实际线阵SAR三维成像场景空间中散射目标稀疏的特征，只随机选取少量线阵天线阵元数进行工作而不是全阵元接收回波信号，利用匹配滤波技术对线阵SAR回波数据的距离向和沿航迹向进行二维压缩，采用压缩传感技术，建立切航迹向信号与稀疏目标散射系数的线性测量矩阵，最后通过优化问题求解重构出切航迹向目标，实现三维空间中稀疏目标成像处理，克服了现有线阵SAR匹配滤波成像算法的缺点，大大减少线阵天线阵元数和系统数据采集存储负担，提高线阵SAR切航迹向成像精度。

主权项

1.一种基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1、初始化线阵合成孔径雷达系统参数初始化成像系统参数包括：平台速度矢量线阵天线发射阵元初始位置矢量线阵天线各接收阵元初始位置矢量其中i为天线各阵元序号，为自然数，i＝1，2，...，N，N为线阵天线各阵元总数，线阵天线长度L，相邻天线阵元之间的间距d，雷达发射电磁波的波数K₀，雷达发射基带信号的信号带宽B_r，雷达发射信号脉冲宽度T_P，雷达接收波门持续宽度T_o，雷达接收系统的采样频率f_s，雷达系统的脉冲重复频率PRF，雷达接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟T_D；上述参数均为线阵合成孔径雷达三维成像系统的标准参数，其中，雷达发射电磁波的波数K₀，雷达发射基带信号的信号带宽B_r，雷达发射信号脉冲宽度T_P，雷达接收波门持续宽度T_o，雷达接收系统的采样频率f_s，雷达系统的脉冲重复频率PRF及接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟在线阵合成孔径雷达设计过程中已经确定；平台速度矢量及平台初始位置矢量和在线阵三维成像合成孔径雷达观测方案设计中已经确定；根据线阵合成孔径雷达三维成像系统方案和线阵三维成像合成孔径雷达观测方案，线阵三维成像合成孔径雷达成像方法需要的初始化成像系统参数均为已知；步骤2、随机选取部分线阵天线阵元数进行回波接收假设线阵天线长度为L，线阵天线上有N个天线阵元候选点，相邻阵元候选点之间的距离为λ/2，λ为线阵SAR系统工作波长，每一个距离-沿航迹向分辨单元中目标数为K，且K□N；对于线阵天线N个天线阵元候选点，以相同概率均匀随机选择Q≥O(KlogN)个天线阵元进行回波接收，一般选择Q＝cN，c∈[0.30.8]；第i个天线阵元的原始回波数据记为D_i，i＝1，2，...，Q；步骤3、原始回波数据进行距离-方位向压缩采用合成孔径雷达标准距离-方位向二维压缩方法对每个接收天线阵元的距离-方位向回波数据D_i，进行距离——方位向二维压缩，得到距离和沿航迹压缩后的线阵合成孔径雷达数据，记做E_i，i＝1，2，...，Q；步骤4、建立切航迹向信号与目标散射系数的线性观测矩阵对于距离-方位向二维压缩后的线阵SAR数据，在每一个距离-方位向分辨单元中，第i个接收天线阵元信号表示成其中A_k为二维压缩后的散射功率，f_i为第i个接收天线阵元对应的频率，y_k为第K个目标在切航迹向的位置；假设Δy为切航迹向距离单元，建立切航迹向距离序列为Y＝[0:N-1]·Δy，构造线性测量矩阵为Φ＝(φ₁，φ₂，…，φ_Q)^T，其中i＝1，2，…，Q，l＝1，2，…，M；建立切航迹向信号与目标散射系数的线性表示模型，表示为S＝Φα+n，α为切航迹向散射系数向量，n为噪声向量；切航迹向散射稀疏向量α中非零元素对应于K个稀疏目标散射幅度；步骤5、优化重构切航迹向目标散射系数设定噪声系数门限ε，利用最小L1范数优化重构方法重构出切航迹向稀疏目标的散射系数min(‖α‖₁)s.t‖S-Φα‖₂≤ε，重构出来的切航迹向散射系数向量α为散射目标在一个距离-方位向分辨单元中切航迹向的成像结果；步骤6、全场景成像：重复步骤4和步骤5，对测绘场景中距离-沿航迹向压缩后的所有分辨单元利用压缩传感进行成像，得到整个测绘场景的全场景成像。