[發明專利]一種基于互質陣列的分解與融合的三維SAR稀疏成像方法

有效

• 申請號: 201910491663.0
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110133656B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 張曉玲;張星月;田博坤;王陽陽;黨麗薇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

本發明公開了提出了一種基于互質陣列的分解與融合的三維SAR稀疏成像方法，該方法首先對互質陣列以及互質陣列的子陣列分別采用壓縮感知迭代最小化稀疏貝葉斯重構(SBRIM)成像算法分別進行成像，得到三幅合成孔徑雷達圖像后，再將得到的成像結果進行融合，得到最終基于陣列分解與融合三維SAR稀疏成像結果。本發明是結合互質采樣方法及壓縮感知稀疏重構方法優勢，利用互質采樣不僅可以降低采樣數據，相對于傳統隨機采樣方式更易于系統實現；與傳統稀疏成像方法相比，本發明方法能有效抑制柵瓣和虛假目標，提高成像質量。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，它特別涉及了合成孔徑雷達(SAR)成像技術領域。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)，作為一種具有全天時、全天候、信息量豐富的遙感成像技術，已成為當今對地觀測的重要手段，在地形圖像生成、目標探測與偵察、目標精確打擊、國土資源勘查和自然災害監測等國民經濟與軍事領域得到越來越廣泛的應用，詳見文獻“劉國祥,丁曉利,陳永奇,等極具潛力的空間對地觀測新技術--合成孔徑雷達干涉[J].地球科學進展,2000,15(6):734-740”。傳統的SAR成像一般只具有二維成像分辨率，在一些起伏比較大的地方比如陡峭的山峰、峽谷以及城市中矗立挺拔的高樓時，傳統SAR成像存在的失真(陰影遮擋效應、空間模糊、頂底倒置等)導致空間的一些重要信息(比如高度)丟失，成像結果已不能反映實際場景的三維信息，因此三維成像已經成為SAR成像技術發展的迫切要求。目前常見的三維成像技術有圓周SAR(Circular SAR)三維成像、層析SAR(Tomography SAR)三維成像、陣列SAR(Array SAR，ASAR)三維成像。

陣列SAR三維成像的基本原理是在切航跡向添加陣列天線，通過沿航跡向平臺的飛行形成虛擬的面陣進而獲得二維分辨率，距離向再通過脈沖壓縮技術獲得第三維的分辨率。相比于圓周SAR三維成像，陣列SAR三維成像不需要圓周運動的軌跡；相比于層析SAR三維成像需要航過多次，陣列SAR三維成像只需一次航過，所以陣列SAR三維成像相對于層析SAR和圓周SAR三維成像有更強的靈活性。目前陣列SAR三維成像技術在地形測繪、城市測繪、災難救援、軍事探測等領域發揮著重要的作用。

傳統基于匹配濾波的SAR成像方法的分辨率受到限制，具體來說就是距離向的分辨率受信號帶寬的影響，沿航跡向分辨率受合成孔徑長度的影響，跨航跡向的分辨率受陣列天線的影響。尤其是跨航跡向的分辨率，如果要提高分辨率，就必須陣列天線足夠長，而且為了避免成像過程中出現柵瓣，相鄰陣元間距必須要滿足小于信號波長的一半，因此在固定長度的天線陣列中，陣元數目巨大。如果觀測場景是稀疏的，利用很少的采樣數可以實現目標場景的高分辨率成像，但是隨機采樣的陣列模式硬件復雜度較高，實現困難，而互質陣列是采用一對共用第一個陣元且采樣間隔互質的均勻稀疏采樣子陣列構成的稀疏陣列結構，陣列實現簡單，硬件容易實現。但是陣列天線中陣元的數目和位置決定了壓縮感知測量矩陣的相鄰陣列之間互相關性增大，信號串擾嚴重，成像存在虛假目標，成像質量下降。

發明內容

針對稀疏成像中出現的柵瓣和虛假目標問題，本發明結合互質采樣技術和迭代最小化稀疏貝葉斯重構(SBRIM)成像算法，提出了一種基于互質陣列的分解與融合的三維SAR稀疏成像方法，該方法首先對互質陣列以及互質陣列的子陣列分別采用壓縮感知迭代最小化稀疏貝葉斯重構(SBRIM)成像算法分別進行成像，得到三幅合成孔徑雷達圖像后，再將得到的成像結果進行融合，得到最終的SAR圖像。本發明具有相對傳統隨機采樣方式更便于系統實現的特點，并且相對傳統稀疏成像方法，本發明所提方法能有效抑制柵瓣和虛假目標，提高成像質量。

為了方便描述本發明的內容，首先作以下術語定義：

定義1、陣列合成孔徑雷達(LASAR)