[发明专利]一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法

说明书

本发明公开了一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法，它是通过利用宽幅大场景区域中目标区域相对很小且分布稀疏以及目标相对于背景有高信噪比的特点，来解决现有方法在大幅宽成像中成像速度慢和成像质量低的问题。本发明采用去斜和子孔径成像得到低分辨回波数据以便快速成像，然后利用恒虚警方法提取目标，最后使用原始回波数据对目标进行高分辨成像，本发明与现有的快速成像方法相比，更加适用于实际情况中大场景未知观测目标时的高分宽幅SAR快速成像，具有成像质量高、运算效率高的优势，本发明可以应用于合成孔径雷达成像和地球遥感等领域。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了高分宽幅合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达具有全天时、全天候的特点，被广泛应用于海洋监测、灾害预警等领域。高分辨率和大幅宽(HRWS)成像是合成孔径雷达(SAR)成像的重要研究方向，高分辨率可以提供观测区域内更多细节，而宽幅测绘带可以获得更大范围的信息，可以提供地球表面动态过程的系统观测，尤其适用于广阔的海洋区域监测。对于宽幅测绘带，如宽幅海面，如果要进行全场景且高精度的成像，处理数据量非常大，导致成像时间长，无法满足海域舰船快速侦查、海上救援、海面溢油监测等实际应用需求。因此研究适用于高分宽幅SAR的高效成像方法有很大意义。详见文献“邓云凯,禹卫东,王宇.高分辨率宽幅星载SAR海洋监视与信息反演[J].科技导报,2017,35(20):69-76.”。

对于宽幅成像，多通道技术通常用于解决传统单通道SAR在同时获得高分辨率与宽幅测绘带上存在的矛盾。详见文献“郭振永,袁新哲,张平.一种多通道SAR高分辨率宽测绘带成像算法[J].电子与信息学报,2008(02):310-313.”。目前高分宽幅多通道SAR快速成像技术的研究还处于初级阶段，相关的快速成像方法大多基于将多通道SAR回波数据通过补偿等效转换为多个单通道SAR数据的方式进行处理。现有的快速成像方法可以分为以下三类：基于频域处理的快速SAR成像方法，主要有距离-多普勒算法(RDA)，距离徙动算法(RMA)。这类算法在大幅宽成像情况下，场景中各目标与雷达平台的斜距远超常规SAR系统，导致目标回波性质更加复杂，需要采用更高阶的模型去表征回波模型，增加了系统实现的复杂度，同时采用大量近似，损耗了成像的精度；基于时域处理的快速SAR成像方法，主要有后向投影(BP)算法，由于不存在近似，能够很好地消除距离-方位向耦合。但由于其运算复杂度大，无法在大数据规模成像场景下应用；加速BP算法的快速时域方法主要有快速后向投影(FBP)算法和快速分解后向投影(FFBP)算法。这类算法将合成孔径分解为若干子孔径，将子孔径对应距离压缩数据投影到孔径为中心的局部极坐标网络得到子图像，通过将子图像融合得到最终图像，其中图像合成一定程度上会造成误差，影响成像质量。

因此，为解决现有方法在大幅宽成像中成像速度慢和成像质量低的问题，本发明提出了一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法。该方法先以低分辨率快速获得整个场景的成像结果，再快速检测到目标区域并精确提取，然后对目标区域进行高分辨率成像，由此提升成像效率的同时保持高成像质量。

发明内容：

本发明属于高分宽幅合成孔径雷达(SAR)成像技术领域，公开了一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法，该方法基于宽幅大场景区域中目标区域相对很小且分布稀疏以及目标相对于背景有高信噪比的特点，用来解决现有方法在大幅宽成像中成像速度慢和成像质量低的问题。该方法主要包括整个场景的快速低分辨成像，低分辨成像结果的目标区域检测提取和目标区域的高分辨成像三个部分。对于大幅宽目标稀疏场景，本发明在距离向上采用去斜处理、在方位向采用子孔径成像快速实现低分辨成像，再利用恒虚警检测方法对低分辨率图像进行目标检测和提取，然后对目标区域采用大带宽全孔径回波数据进行成像，最终获得了高分辨的目标图像。所提方法相比现有的快速成像方法而言解决了大幅宽成像中成像质量与速度之间的矛盾，在获得快速成像结果的同时并未造成成像质量的下降。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、脉冲重复频率(PRF)