基於壓縮感知的方位向多通道sar成像方法及系統的製作方法

2023-05-22 02:56:46

基於壓縮感知的方位向多通道sar成像方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像方法及系統，所述方法包括：對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣；根據各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償；對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像；對方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行DPCA處理，對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，以進行二維壓縮感知SAR成像。採用本發明的技術方案，極大降低了方位向多通道SAR系統的數據量，方位向多通道SAR系統的PRF無需受到限制，也能夠對觀測場景進行準確成像。
【專利說明】基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及方位向多通道合成孔徑雷達(SAR, Synthetic Aperture Radar)成像技術，尤其涉及一種基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像方法及系統。
【背景技術】
[0002]方位向多通道SAR成像技術是目前實現高解析度和寬測繪帶SAR成像的主流方法之一，該技術可以降低方位向發射脈衝重複頻率(PRF, Pulse Repetition Frequency),並且，在覆蓋寬測會帶的同時實現方位向高解析度成像。方位向多通道SAR成像技術在資源勘測、海洋測繪、戰場偵察以及環境保護方面都有著重要應用。
[0003]目前，方位向多通道SAR系統利用中間單個發射天線發射信號，方位向多個子天線分別接收來自目標區域的回波信號，這導致了方位向多通道SAR系統的數據量急劇增力口，給方位向多通道SAR系統的存儲和數據傳輸鏈路帶來了嚴重的負擔。同時，由於天線子孔徑數目、子孔徑間距以及方位向多通道SAR系統的PRF要嚴格滿足一定的條件，當方位向多通道SAR系統的參數不滿足此條件要求時，方位向多通道SAR系統接收到的信號為非均勻採樣信號，如果直接利用傳統的單通道SAR成像算法對非均勻採樣信號進行成像處理，成像結果會出現虛假目標，產生嚴重的方位向模糊。
[0004]解方位都卜勒模糊的算法主要有濾波器重構算法，但濾波器重構算法由於涉及到矩陣求逆操作，當方位向多通道SAR系統的PRF工作在某些特定值時，算法會出現重構失配，導致後續的成像效果不佳，無法有效消除由於非均勻採樣引入的虛假目標模糊等問題。

【發明內容】

[0005]有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像方法及系統，能夠極大降低方位向多通道SAR系統的數據量，同時，方位向多通道SAR系統的PRF無需受到限制，也能夠對觀測場景進行準確成像。
[0006]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]一種基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像方法，應用於方位向多通道SAR系統，所述方法包括:
[0008]對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣；
[0009]根據所述各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償；
[0010]對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像；
[0011]對所述方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行分置相位中心天線(DPCA，Displaced Phase Center Antenna)處理,對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，以進行二維壓縮感知SAR成像。
[0012]優選地，所述對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣，包括:
[0013]通過所述方位向多通道SAR系統中各個通道在方位向上隨機接收信號，在距離向上以低於奈奎斯特頻率的採樣頻率對距離向信號進行隨機稀疏採樣。
[0014]優選地，所述對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像，包括:
[0015]根據距離向稀疏採樣數據的位置，構造對應的距離向觀測矩陣；
[0016]根據最小I1範數準則，採用正交匹配追蹤算法對各通道的距離向觀測數據距離向重建成像。
[0017]優選地，所述將所述方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行DPCA處理，對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，包括:
[0018]對方位向各通道經過距離向重建成像後的數據，按照DPCA原理重新排列；
[0019]根據方位向每個通道隨機採樣數據的位置關係構造各通道的子觀測矩陣；
[0020]將每個子觀測矩陣進行相應的排列重組構造方位向總觀測矩陣；
[0021]利用最小I1範數準則和正交匹配追蹤算法對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理。
[0022]優選地，所述根據所述各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償，包括:
[0023]採用相位補償因子
【權利要求】
1.一種基於壓縮感知的方位向多通道合成孔徑雷達SAR成像方法，應用於方位向多通道SAR系統，其特徵在於，所述方法包括: 對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣； 根據所述各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償； 對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像； 對所述方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行分置相位中心天線DPCA處理，對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，以進行二維壓縮感知SAR成像。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣，包括: 通過所述方位向多通道SAR系統中各個通道在方位向上隨機接收信號，在距離向上以低於奈奎斯特頻率的採樣頻率對距離向信號進行隨機稀疏採樣。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像，包括: 根據距離向稀疏採樣數據的位置，構造對應的距離向觀測矩陣； 根據最小I1範數準則，採用正交匹配追蹤算法對各通道的距離向觀測數據距離向重建成像。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將所述方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行分置相位中心天線DPCA處理，對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，包括: 對方位向各通道經過距離向重建成像後的數據，按照DPCA原理重新排列； 根據方位向每個通道隨機採樣數據的位置關係構造各通道的子觀測矩陣； 將每個子觀測矩陣進行相應的排列重組構造方位向總觀測矩陣； 利用最小I1範數準則和正交匹配追蹤算法對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理。
5.根據權利要求1至4任一項所述的方法，其特徵在於，所述根據所述各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償，包括: 採用相位補償因子△Pze.xphj.)對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償；

N + \ 其中，Λ、=(—i)x(, i=l，2，...，N，Λ Xi為第i通道的接收天線與中心發射天線的距離，N表示方位向通道數，i表示各通道的接收天線的編號，daz表示相鄰子孔徑間距，λ表示載波波長，R0表示觀測場景的景中心斜距。
6.一種基於壓縮感知的方位向多通道SAR成像系統，其特在在於，所述系統包括:二維隨機稀疏採樣模塊、相位補償模塊、距離向重建成像模塊以及方位向恢復處理模塊；其中， 所述二維隨機稀疏採樣模塊，用於對方位向多通道SAR系統中各個通道接收到的信號分別進行二維隨機稀疏採樣； 所述相位補償模塊，用於根據所述各個通道的接收天線與中心發射天線的相對位置關係，分別對各個通道的稀疏採樣數據進行相位補償； 所述距離向重建成像模塊，用於對相位補償後的方位向各個通道中每個方位單元的距離向數據利用壓縮感知進行距離向重建成像； 所述方位向恢復處理模塊，用於對所述方位向各個通道距離向重建成像後的數據進行分置相位中心天線DPCA處理，對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理，以進行二維壓縮感知SAR成像。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述二維隨機稀疏採樣模塊，還用於通過所述方位向多通道SAR系統中各個通道在方位向上隨機接收信號，在距離向上以低於奈奎斯特頻率的採樣頻率對距離向信號進行隨機稀疏採樣。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述距離向重建成像模塊，還用於根據距離向稀疏採樣數據的位置，構造對應的距離向觀測矩陣；根據最小I1範數準則，採用正交匹配追蹤算法對各通道的距離向觀測數據距離向重建成像。
9.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述方位向恢復處理模塊，還用於對方位向各通道經過距離向重建成像後的數據，按照DPCA原理重新排列；根據方位向每個通道隨機採樣數據的位置關係構造各通道的子觀測矩陣；將每個子觀測矩陣進行相應的排列重組構造方位向總觀測矩陣；利用最小I1範數準則和正交匹配追蹤算法對每個距離門中的方位向數據進行方位向恢復處理。
10.根據權利要求6至9任一項所述的系統，其特徵在於，所述相位補償模塊，還用於採用相位補償因子=cXp(-.1@)對各`個通道的稀疏採樣數據進行相位補償；其中，Av,.=(^^-1)xd[2，i=l, 2，- ,N, A Xi為第i通道的接收天線與中心發射天線的距離，N表示方位向通道數，i表示各通道的接收天線的編號，daz表示相鄰子孔徑間距，A表示載波波長，R0表示觀測場景的景中心斜距。
【文檔編號】G01S13/90GK103576151SQ201310482928
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】王明江, 禹衛東, 鄧雲凱, 王宇, 郭磊, 羅秀蓮 申請人:中國科學院電子學研究所