一种多通道合成孔径雷达成像的方法
【专利摘要】本发明提供了一种多通道合成孔径雷达SAR成像的方法。该方法包括：根据一发多收SAR回波数据，构建基于回波模拟算子Mi(X)的多通道雷达观测方程Yi；根据多通道雷达观测方程Yi，建立基于稀疏正则化的多通道SAR成像模型；采用阈值迭代算法求解多通道SAR成像模型，重建观测场景后向散射系数X*，得到观测场景的复图像。本发明可提升运行效率，降低计算成本。
【专利说明】一种多通道合成孔径雷达成像的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子行业雷达【技术领域】，尤其涉及一种基于回波模拟算子及稀疏正则化的多通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)成像方法。
【背景技术】
[0002]合成孔径雷达作为一种主动式微波成像系统，具有全天时、全天候和高分辨率成像等特点。但是在SAR系统设计中，高方位向分辨率和宽测绘带宽对脉冲重复频率(PulseRepetition Frequency,简称PRF)的要求存在相当大的矛盾，一方面高分辨率要求高的PRF，另一方面宽测绘带宽需要低采样频率使得雷达可以接受远景的回波。
[0003]相位中心偏置天线(Displaced Phase Centre Antenna,简称DPCA)处理技术是现有多通道合成孔径成像技术之一，它利用一发多收机制，获取多通道等效相位采样点，因而可以利用低的PRF实现高分辨率、宽测绘带成像。但是传统DPCA技术在处理多通道数据时采用的是基于匹配滤波的算法，要求系统所获得的等效相位中心是均匀的，因此要求PRF必须满足等式条件，限制了系统采样方式以及进一步降低PRF的可能性。
[0004]最近兴起的稀疏建模为解决非均匀采样的DPCA问题提供了解决方案。现有采用稀疏正则化方法的DPCA处理技术在体制上同样是利用一发多收机制，获取多通道等效相位采样点，不同的是它利用前向建模并利用阈值迭代方法处理多通道数据实现成像，由于它不要求等效相位中心必须是均匀的，因而对PRF不再有严格的等式要求。但是现有方法涉及大规模矩阵与向量的乘法运算，计算复杂性太高，实现困难。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种基于回波模拟算子及稀疏正则化的多通道合成孔径雷达成像方法。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种多通道合成孔径雷达SAR成像的方法。该方法包括:根据一发多收SAR回波数据，构建基于回波模拟算子Mi (X)的多通道雷达观测方程Yi ;根据多通道雷达观测方程Yi,建立基于稀疏正则化的多通道SAR成像模型；采用阈值迭代算法求解多通道SAR成像模型，重建观测场景后向散射系数X%得到观测场景的复图像。
[0009](三)有益效果
[0010]从上述技术方案可以看出，本发明多通道合成孔径雷达成像方法具有以下有益效果:
[0011](I)由于采用回波模拟算子替代二维观测矩阵，可以利用快速傅立叶变换以及频域乘法替代时域上的大规模矩阵与向量计算，相比已有基于二维观测模型的多通道SAR成像方法，本发明可提升运行效率，降低计算成本；
[0012](2)由于稀疏正则化方法可以实现降采样条件下的雷达成像，并且不要求等效相位中心满足等式条件，所以可以降低雷达系统对PRF的要求，相比于匹配滤波成像方法，在不满足多通道SAR系统所要求的PRF约束的情况下，本发明仍可有效抑制方位模糊，获得更清晰的SAR图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例多通道合成孔径雷达成像方法的流程图；
[0014]图2A及图2B分别为在场景一中采用现有技术距离多普勒算法及本发明实施例进行多通道SAR成像的一维仿真恢复结果；
[0015]图3A及图3B分别为在场景二采用现有技术距离多普勒算法及本发明实施例进行多通道SAR成像的二维仿真恢复结果；
[0016]图3C及图3D为分别对图3A及图3B中位于距离向采样点15附近的真实目标的方位向切片。
【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。
[0018]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图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内 近似于相应的值。
[0019]本发明多通道合成孔径雷达成像方法中，输入的数据为一发多收SAR回波数据，最终输出的数据为观测场景后向散射系数矩阵，即观测场景的复图像。本发明多通道合成孔径雷达(SAR)成像方法，其适用于原始数据，相比传统匹配滤波方法，能降低对PRF的要求。
[0020]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种多通道合成孔径雷达成像的方法。如图1所示，该多通道合成孔径雷达成像方法包括:
[0021]步骤A，根据一发多收SAR回波数据，构建基于回波模拟算子Mi (X)的多通道雷达观测方程Yi;
[0022]Yi = Mi(X)+Ni，i = 1，2，...，I(I)
[0023]其中，X为目标场景散射强度，Yi为经第i个接收天线采集到的回波数据，I为接收天线数量;Mi(.)为对应于第i个接收天线的回波模拟算子，Ni为第i个接收通道的热噪声。
[0024]具体而言，该步骤A又可以包括:
[0025]步骤Al，根据所述一发多收SAR回波数据对应场景的目标散射强度X，构建回波模
拟算子％(.):
[0026]
【权利要求】
1.一种多通道合成孔径雷达SAR成像的方法，包括: 步骤A，根据一发多收SAR回波数据，构建基于回波模拟算子Mi (X)的多通道雷达观测方程Yi ; 步骤B，根据所述多通道雷达观测方程Yi,建立基于稀疏正则化的多通道SAR成像模型； 步骤C，采用阈值迭代算法求解所述多通道SAR成像模型，重建观测场景后向散射系数X%得到观测场景的复图像。
2.根据权利要求1所述的多通道SAR成像的方法，其中，所述步骤A中构建基于回波模拟算子的多通道雷达观测方程的步骤包括: 步骤Al，根据所述一发多收SAR回波数据对应场景的目标散射强度X，构建回波模拟算子:
3.根据权利要求2所述的多通道SAR成像的方法，其中，所述步骤Al构建回波模拟算子的步骤包括: 步骤Ala，对所述一发多收SAR回波数据对应场景的目标散射强度X进行方位向傅里叶变换，获得距离多普勒域上的信号S1:
4.根据权利要求1所述的多通道SAR成像的方法，其中，所述步骤B建立基于稀疏正则化的多通道成像模型的步骤中，所述多通道成像模型为:
5.根据权利要求4所述的多通道SAR成像的方法，其中，所述步骤C采用阈值迭代算法求解所述多通道SAR成像模型，重建观测场景后向散射系数矩阵X*的步骤包括: 步骤Cl:初始化所述一发多收SAR回波数据对应场景的目标散射强度Xtl,正则化参数ω和迭代终止准则ε，令k = O ; 步骤C2:更新梯度下降序列Bk，由下式实现:
6.根据权利要求5所述的多通道SAR成像的方法，其中，所述步骤C3中，0.01 < Uk< I。
【文档编号】G01S13/90GK103630897SQ201210310746
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】吴一戎, 徐宗本, 方健, 洪文, 张冰尘 申请人:中国科学院电子学研究所