[发明专利]轮廓增强的聚束式合成孔径雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明属于微波雷达技术领域，涉及面目标成像，更进一步说是一种轮廓增强的聚束式合成孔径雷达SAR的成像方法，可用于机载雷达在方位维回波数据不足的条件下进行高分辨成像。

背景技术

随着地球测绘、军事侦察和目标识别等领域的快速发展，对图像分辨率提出了越来越高的要求。聚束式合成孔径雷达由于其成像视角范围大，即可以实现对目标场景的凝视，获取更多目标信息，因而可以获得成像区域内高分辨率的微波遥感图像。其中，为了使获得的图像更有利于目标识别和图像分割等技术的应用，轮廓增强成为提高SAR成像分辨率的一个重要方面。

传统SAR成像分辨率主要由距离分辨率和方位分辨率决定。实际中通常采用增大发射信号带宽来提高距离分辨率，这对模数采样系统的性能提出了较高的要求；与此同时，方位分辨率的提升多是通过增加回波的相干积累时间，即增加方位维的观测数量，这无疑增加了存储和传输的负担，并使该技术无法在某些特殊的应用中实时成像。

传统对场景中轮廓特征较为明显的目标进行SAR成像，主要采用基于FFT和插值运算的成像算法，例如极坐标格式算法，距离徙动算法和Chirp Scaling算法等，但这些方法共同的缺点是对数模采样精度要求较高，对方位向接收的场景回波数据依赖较强，以及由于点扩散函数的旁瓣会造成目标图像轮廓模糊，因而很难提高成像分辨率。

发明内容

本发明目的在于提出一种轮廓增强的聚束式SAR成像方法，以解决上述传统聚束SAR成像技术的不足，以在降低对模数采样系统性能的要求和减轻对方位维数据的依赖性的条件下，提升目标图像轮廓的清晰度，进而提高成像分辨率。

实现本发明目的的技术思路是：借鉴计算机断层扫描CT成像处理方式，即将各方位维数据按接收顺序排列并不断投影至待成像场景的图像域，获得初步成像结果，通过将初步成像投影至表征图像轮廓的稀疏变换域，增强目标图像轮廓和降低采样数据冗余度，进而实现成像分辨率的提升。其具体步骤包括如下：

（1）用层析成像建模的方法构建聚束SAR距离剖面成像模型为：

g=Cf+ζ

其中，g为回波向量，f是场景散射系数向量，C为观测核，ζ表示噪声向量；

（2）构建成像目标函数：

2a）引入场景目标轮廓的稀疏项||Df||₂，利用正则化方法将步骤（1）中的聚束SAR距离剖面成像模型转化为下面的成像目标函数式：

minf{||Df||2},]]>s.t.{||Cf-g||22≤ϵ}]]>

其中，|| ||₂表示求向量的2范数，D为二维差分算子，Df相当于场景图像的水平和垂直方向的一阶离散梯度，ε为残差，s.t.{A}表示满足A的条件下求B最小值的运算符号；

2b）引入松弛变量w将Df从稀疏项||Df||₂中分离出来，对w和Df的残差进行惩罚约束，将步骤2a）中的表达式写成增广拉格朗日乘子形式，得成像的无约束优化目标函数式：