[发明专利]基于分辨率逼近的快速稀疏重构的线阵SAR三维成像方法

说明书

本发明公开了一种基于分辨率逼近的快速稀疏重构的线阵SAR三维成像方法，它是通过先对距离向进行脉冲压缩，划分距离压缩后的各等距离平面的二维成像场景空间，然后利用SBRIM算法获得全成像场景空间的三维低分辨率成像结果。通过模糊C均值聚类算法将三维低分辨率成像结果分为几个子类，生成低分辨率成像结果提取门限；并根据低分辨率成像结果与提取门限获得三维低分辨率成像结果中的目标可能存在的区域，实现高分辨率三维稀疏成像。本发明有效地避免了线阵SAR三维成像中的高维度矩阵运算，提升了线阵SAR三维成像的运算效率；同时抑制了虚假目标、旁瓣干扰对于高质量成像的影响，提高了线阵SAR三维成像的成像质量。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。

背景技术

作为一种工作在微波波段的有源雷达，合成孔径雷达(Synthetic ApertureRadar,SAR)具有全天时、全天候的成像能力，即无论是白天或黑夜、晴天还是雷雨风雪天气，都可以随时随地成像，克服了光学和红外系统不能在晚上和复杂天气条件进行成像的缺点。传统的SAR成像一般只具有二维成像分辨率，在一些起伏比较大的地方比如陡峭的山峰、峡谷以及城市中矗立挺拔的高楼时，传统SAR成像存在的失真(阴影遮挡效应、空间模糊、顶底倒置等)导致空间的一些重要信息(比如高度)丢失，所以能对目标进行三维成像是非常有必要的，为了适应这种需求，目前常见的三维成像技术有圆周SAR(Circular SAR)三维成像、层析SAR(Tomography SAR)三维成像、线阵SAR(Array SAR，ASAR)三维成像。

线阵SAR三维成像的基本原理是在切行迹向添加阵列天线，通过沿航迹向平台的飞行形成虚拟的面阵进而获得二维分辨率，距离向再通过脉冲压缩技术获得第三维的分辨率。相比于圆周SAR三维成像，线阵SAR三维成像不需要圆周运动的轨迹；相比于层析SAR三维成像需要航过多次，线阵SAR三维成像只需一次航过，所以线阵SAR三维成像相对于层析SAR和圆周SAR三维成像有更强的灵活性。目前线阵SAR三维成像技术在地形测绘、城市测绘、灾难救援、军事探测等领域发挥着重要的作用。

传统基于匹配滤波的SAR成像方法的分辨率受到限制，具体来说就是距离向的分辨率受信号带宽的影响，沿航迹分辨率受合成孔径长度的影响，切航迹的分辨率受阵列天线的影响。尤其是切航迹的分辨率，如果按照传统的方法很难提高。如果一个信号是稀疏的或者是可压缩的，那么这个信号就能以低于Nyquist采样定理要求的采样率精确的重构出该信号，这就是压缩感知(Compressed Sensing，CS)的基本思想。针对压缩感知理论用于SAR成像，目前的重构算法大概可以分为以下几类：贪婪追踪算法、凸松弛算法、贝叶斯框架算法、组合算法。

现有压缩感知算法以增加成像算法运算量为代价提高了成像分辨率，当利用压缩感知算法进行大场景三维SAR成像时，算法的运算量将会进一步增加，这将导致算法的运算效率将会让我们难以接受，因此，在不影响成像质量的前提下，研究快速稀疏成像算法是目前压缩感知成像算法的迫切问题。为了提高大场景高分辨三维线阵SAR成像中压缩感知算法的运算效率，本发明提出了一种基于分辨率逼近的快速稀疏重构的线阵SAR三维成像算法。

发明内容

为了提高三维线阵SAR成像的运算效率，本发明提出的基于分辨率逼近的快速稀疏重构的线阵SAR三维成像方法，该方法先对距离向进行脉冲压缩，利用较粗的网格划分距离压缩后的各等距离平面的二维成像场景空间，然后利用SBRIM算法获得全成像场景空间的三维低分辨率成像结果。通过模糊C均值聚类算法将三维低分辨率成像结果分为几个子类，并根据图像分类结果自动生成低分辨率成像结果提取门限，并根据低分辨率成像结果与提取门限获得三维低分辨率成像结果中的目标可能存在的区域，并根据目标可能存在的区域实现高分辨率三维稀疏成像。该算法通过利用目标可能存在的区域代替全成像场景空间进行高分辨率三维成像，同时有效地避免了线阵SAR三维成像中的高维度矩阵运算，在很大程度上提升了线阵SAR三维成像的运算效率。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：