[发明专利]一种星机双基前下视阵列SAR三维稀疏成像技术

说明书

本发明公开了一种星机双基前下视阵列SAR三维稀疏成像技术，它是通过利用卫星、飞机及线阵天线构成双基SAR成像系统，得到一种新型的星机双基地阵列SAR三维成像技术，其中卫星作为雷达发射系统，飞机上安置线性阵列天线作为雷达接收系统，通过飞机运动及线阵天线接收机载平台前下方回波信号，并结合压缩感知稀疏成像方法，构造稀疏成像模型并完成高精度三维成像处理，最终实现机载运动平台前下方三维高分辨稀疏成像。本发明克服传统星机双基地SAR无法获得飞机平台前下方观测区域三维成像的缺陷，具有实现飞机平台前下方观测场景的高精度三维成像能力。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及合成孔径雷达三维成像技术领域。

背景技术

星机双基合成孔径雷达(SA-BiSAR)通常是指采用低轨遥感卫星作为发射机、飞机作为接收机载体，利用合成孔径技术实现观测场景成像的成像技术。作为一种具有全天时、全天候、信息量丰富的遥感成像技术，SA-BiSAR在地形测绘、战场监测、目标侦察定位、飞行器自主导航与着陆、物资空投、导弹现象匹配制导等民用和军用领域得到越来越广泛的应用，详见文献“Rodriguez-Cassola M,Baumgartner S V,Krieger G,et al.BistaticTerraSAR-X/F-SAR Spaceborne–Airborne SAR Experiment:Description,DataProcessing,and Results[J].IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2010,48(2):781-794”。然而目前SA-BiSAR成像及应用都属于二维成像处理的范畴，不具备三维成像的能力，仅能获得三维观测场景的二维投影图像，丢失了目标高度维的信息，未能反映目标的真实三维空间结构，在一定程度上限制了SA-BiSAR的广泛应用。当观测场景比较简单(如平原、海面等)，SA-BiSAR二维成像不丢失地形信息，可较好地反映观测对象的特征。但是当某些观测场景比较复杂(如山川、城市等)，SA-BiSAR可能会出现严重的阴影与叠掩效应，导致目标场景中某些重要的信息被淹没及丢失。

阵列合成孔径雷达(LASAR)是近年来被广泛关注的一种新型合成孔径雷达成像技术。LASAR是传统二维SAR成像的扩展，主要通过控制线阵天线在空间中运动形成虚拟二维面阵以获得观测目标二维分辨，并结合脉冲压缩技术得到观测目标的第三维分辨，最终实现观测目标的三维成像，详见文献“张旭.线阵三维SAR成像技术研究[D].哈尔滨工业大学,2015.”。相对于其它常规SAR三维成像体制(如圆周SAR、层析SAR等)，LASAR具有更灵活的成像模式，可实现侧视、斜视、下视和前视等多模式成像，突破了常规SAR三维成像体制无法下视、前视成像的限制。因此，LASAR对实现复杂起伏场景(城市、山区等)及特殊目标(建筑、舰船、坦克等)的高精度三维成像具有显著优势。但是由于阵列天线尺寸及载荷平台空间限制，基于经典匹配滤波理论的传统成像算法受分辨率瑞利准则约束，在阵列天线分布维向难以实现高分辨成像，且成像结果存在主瓣旁瓣模糊，弱散射目标容易被邻近强散射目标旁瓣掩盖，导致LASAR三维图像质量降低，应用受限，详见文献“Wei S J,Zhang X L,Shi J,et al.Sparse array microwave 3-D imaging:Compressed sensing recovery andexperimental study[J].Progress In Electromagnetics Research,2013,135(1):161-181”。另外，目前LASAR系统主要应用于单基地成像，在双/多基地及分布式成像系统应用的相关研究也相对较少。