[發(fā)明專利]適用于非理想天線方向圖的方位向多通道SAR模糊抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010970580.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112099007B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鳴謙;張冰塵;徐仲秋;張嚴;吳一戎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

一種適用于非理想天線方向圖的方位向多通道SAR模糊抑制方法，包括以下步驟：構(gòu)建基于觀測矩陣的非理想天線方向圖方位向多通道SAR稀疏觀測模型；根據(jù)方位向多通道SAR的成像幾何，構(gòu)建主成像區(qū)和各模糊區(qū)的觀測矩陣；利用主成像區(qū)和各模糊區(qū)之間的組稀疏特性，列出L_2，1正則化問題的求解公式；構(gòu)建方位向多通道SAR數(shù)據(jù)處理算子，包括多通道成像算子和多通道回波模擬算子；利用多通道回波模擬算子代替觀測矩陣，構(gòu)建基于多通道SAR數(shù)據(jù)處理算子的非理想天線方向圖方位向多通道SAR稀疏觀測模型以及L_2，1正則化求解公式；利用稀疏重構(gòu)方法進行圖像重構(gòu)，輸出重構(gòu)圖像，實現(xiàn)模糊抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于非理想天線方向圖的方位向多通道SAR模糊抑制方法。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)是一種主動微波遙感手段，與光學(xué)遙感相比，信號穿透力強，具有全天時全天候的對地觀測能力，是對地觀測的重要手段之一。然而，由于最小天線面積的約束，傳統(tǒng)的單通道SAR不能同時實現(xiàn)高分辨率寬測繪帶(High-Resolution Wide-Swath，簡稱HRWS)。方位向多通道(Azimuth Multichannel，簡稱AMC)SAR系統(tǒng)利用偏置相位中心技術(shù)，在方位向設(shè)置連續(xù)多個通道，這些通道同時接收信號，能夠在低脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repetition Frequency，簡稱PRF)采樣的情況下，采用增大空間維采樣來彌補時間維采樣的不足，從而可以同時實現(xiàn)HRWS成像。

稀疏信號處理是指從包含大量冗余信息的回波信號中提取盡可能少的采樣數(shù)據(jù)，對原始信號進行有效恢復(fù)的信號處理技術(shù)。稀疏微波成像是將稀疏信號處理理論引入到微波成像中而形成的一種全新的微波成像體制、理論和方法。與匹配濾波方法相比，稀疏微波成像方法可以獲得特征增強的雷達圖像，有效地抑制噪聲和雜波，提升圖像質(zhì)量，還可以在欠采樣數(shù)據(jù)條件下實現(xiàn)雷達圖像的無模糊重構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)中存在兩種相關(guān)方法，分別為基于傳遞函數(shù)的方位向多通道SAR成像算法和基于L₁正則化的非均勻采樣方位向多通道SAR成像方法，這兩種方法都是建立在天線方向圖是理想的矩形窗，頻譜是帶限的基礎(chǔ)上的，即當(dāng)有N個通道的時候，每個通道的PRF需要大于等于1/N多普勒帶寬。但是對于實際的SAR系統(tǒng)，天線方向圖不再是理想的矩形窗，回波信號的方位向頻譜不再是帶限的，每個通道的PRF小于1/N多普勒帶寬，以有限的PRF在方位向進行采樣將導(dǎo)致超出PRF的頻譜折疊回主瓣，頻譜會產(chǎn)生混疊，現(xiàn)有技術(shù)方案不再適用，重構(gòu)后的圖像有方位模糊。

為了描述方位向多通道SAR的系統(tǒng)特性，構(gòu)建特性濾波器矩陣H(f)，該矩陣的具體構(gòu)成為：

其中PRF為每個通道的方位向采樣率。令U(f)表示單通道SAR信號，則U_j(f)＝H_j(f)·U(f)表示第j個接收通道的回波信號。當(dāng)采樣滿足奈奎斯特定理時，重構(gòu)濾波器滿足下面的線性方程組：

將式(1.2)和式(1.3)組合成矩陣形式，重構(gòu)濾波器矩陣P(F)可以由特性濾波器矩陣通過求逆運算得到：

但是對于非理想的天線方向圖，采樣不再滿足奈奎斯特定理，從數(shù)學(xué)角度來看，這將導(dǎo)致線性方程組欠定，即式(1.2)和式(1.3)不再成立。因此，在天線方向圖不是理想的情況下，由線性系統(tǒng)(1.4)表示的多普勒頻譜重構(gòu)過程不能實現(xiàn)方位向多通道SAR信號的無模糊重構(gòu)，從而產(chǎn)生方位模糊。當(dāng)N＝₂時，非理想天線方向圖會造成+2，+1，-1，-2一共4個模糊區(qū)，如附圖1所示，其中X₀表示主成像區(qū)，X_i(i＝-2，-1，+1，+2)表示模糊區(qū)。