空频域二维稀疏的步进频率sar成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感探测和雷达成像技术领域，尤其涉及一种步进频率信号的SAR成 像方法。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR)可实现全天候、全天时、高增 益的地面场景成像，具体为通过宽信号频带设计实现距离向高分辨；通过雷达载机平台的 运动，等效地在空问形成很长的线性阵列从而实现方位向高分辨。但是由于硬件水平的限 制使得信号带宽的提高远远跟不上人们对成像分辨率的要求，因此人们提出了步进频率信 号。利用该步进频率信号，可以在不增加雷达系统的瞬时带宽情况下通过数字信号处理的 方法合成高分辨的距离像。
[0003] 但是，传统的步进频率信号的频率步进值是常数，其抗干扰能力有限。并且由于其 需要分时的发射多组脉冲串，这样等效的重复频率较低，容易导致方位向多普勒模糊。
[0004] 针对该问题，提出通过在信号形式的步进频率点进行稀疏处理，发射稀疏的步进 频率信号，能够有效跳过被干扰的频点提高雷达系统的抗干扰能力。并且，由于只发射部分 的频率点，缩短了发射脉冲串的时问，因此提高了发射信号的等效重复频率，有效避免了方 位向多普勒模糊。
[0005] 同时，在SAR成像的方位向积累时问内，由于雷达载机的工作状态变化，飞行姿态 的改变或者实际应用的需要，会导致方位向的数据录取不完整或者存在缺失即空域稀疏， 这样在方位向成像处理时传统的方法将无法有效应对。
【发明内容】
[0006](一）要解决的技术问题
[0007] 为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种基于压缩感知（Compressed Sensing,CS)的空频域二维稀疏的步进频率SAR成像，以提供一种在空域稀疏情况下的适 用于稀疏步进频率信号的SAR成像方法。
[0008](二）技术方案
[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种空频域二维稀疏的步进频率SAR成像方法， 其特征在于，包括：步骤A:向观测场景发射作为发射信号的稀疏步进频率信号，对接收到 的稀疏步进频率回波信号与所述发射信号进行混频处理，并对混频结果进行采样，得到采 样结果；步骤B:根据所述发射信号缺失的频率点的位置构造第一低维观测矩阵，基于所述 第一低维观测矩阵，通过建立和求解压缩感知重构模型，来获得所述观测场景的距离高分 辨成像结果；步骤C:基于方位向数据成像处理方法构造成像算子，所述成像算子包括傅里 叶变换因子、距离徙动校正因子、方位向压缩因子以及逆傅里叶变换因子；和步骤D:根据 空域稀疏的方位向数据构造第二低维观测矩阵，基于所述成像算子和所述第二低维观测矩 阵来构造方位向数据的所述压缩感知重建模型，通过对所述方位向数据的所述压缩感知重 建模型的求解来进行空域稀疏回波数据的距离徙动校正与方位向压缩处理，获得最终的SAR成像结果。
[0010] (三）有益效果
[0011] 从上述技术方案可以看出，本发明空频域二维稀疏的步进频信号SAR成像方法 中，针对稀疏步进频率信号距离高分辨成像以及空域稀疏条件下的方位向成像处理问题， 提出了在距离向通过构造CS重建模型，在方位向通过构建成像算子以及基于成像算子的 CS模型的方法实现了SAR成像。相比于传统的步进频率信号SAR成像，只需要少量的频率 资源和雷达回波数即可准确实现SAR成像。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例一所采用的SAR成像系统与观测场景之间的相对位置关系 图。
[0013] 图2为空频域二维稀疏的步进频率信号SAR成像方法的流程图。
[0014] 图3为空域稀疏回波数据观测示意图。
[0015] 图4为实例1数据处理结果图，图4A为观测场景示意图，图4B为均匀步进频率信 号成像结果图，图4C是空频域二维稀疏成像结果图；图4D是蒙特卡罗仿真实验结果。 [0016] 图5为实例2实验数据处理结果图，图5A所示的是实验场景布置图，图5B是实验 中设置的目标，图5C是全采样条件下的观测场景的距离像，图?是全采样条件下的二维成 像结果，图5E是空频域二维稀疏条件下的观测场景距离像，图5F是空频域二维稀疏条件下 的成像结果图。
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的附图标号。
[0018] 本发明提供了一种空频域二维稀疏下步进频率信号的SAR成像方法，在利用少量 的频率资源和雷达回波数的条件下实现了观测场景的SAR成像。
[0019] 为了方便理解，首先对稀疏步进频率信号成像模型进行详细说明。图1是表示SAR 成像系统与观测场景之间的相对位置关系的图，在XYZ空间坐标系中，雷达载机100沿X轴 垂直于Y-Z平面进行飞行，并且雷达载机采用"走-停"模式进行工作，载机的飞行速度为 v。在观测场景中，在X-Y平面上共有I个目标散射点，第i，i=l，2，...，1个散射APi的坐 标为（Xi，yi，0)，目标散射点各自到载机航线的距离为氏，目标散射点各自对应的散射系数 为〇i。0为雷达到目标点的侧视角，观测场景中心点到载机航线的最近距离为％。
[0020] 图2是本发明的实施例中的空频域二维稀疏的步进频率信号SAR成像方法的流程 图。如图2所示，本实施例的空频域二维稀疏的步进频率信号SAR成像方法包括：
[0021] 步骤A:向观测场景发射作为发射信号的稀疏步进频率信号，对接收到的稀疏步 进频率回波信号进行混频处理，并对混频结果的子脉冲进行采样，得到采样结果s"(tq);
[0022] 其中，该步骤A进一步包括以下几个步骤：
[0023] 步骤A1 :将接收到的稀疏步进频率回波信号sm(t，tq)与发射信号sm(t)进行共轭 相乘完成混频处理，得到混频处理结果的信号S"(t，tq);
[0024] 步进频率信号是一种合成带宽信号，它将一个大带宽的信号分解成多个固定频率 的脉冲信号，各个脉冲的频率按照一定的步长变化，参见文献"ShahS.，YuY.，Petropulu A. ,Step-frequencyradarwithcompressivesampling(SFR-CS),IEEEInternational ConferenceonAcousticsSpeechandSignalPro