專利名稱：基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達成像方法
技術領域：
本發明涉及合成孔徑雷達技術領域，是一種基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達(SAR)成像方法。
背景技術：
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)作為一種主動式微波成像系統，具有全天時、全天候和高分辨率成像等特點。它已經被廣泛應用于軍事及國民經濟的許多領域，如軍事偵察、環境監測、土地資源管理等方面。隨著SAR技術的發展，要求雷達系統的分辨率和測繪帶寬不斷提高，大數據量的瓶頸效應也越發明顯。最近興起的壓縮感知技術為解決大數據量問題提供了基礎。不同于傳統的采樣方式，壓縮感知利用信號的稀疏性，通過將壓縮與采樣合并，實現以低于傳統Nyquist率采樣 下的信號恢復。Lq(0<q< I)正則化作為一種有效的求解壓縮感知的方法，獲得廣泛關注并成功運用于SAR成像中，特別是Xu將L1/2正則化框架用于稀疏微波成像，相比于L1正則化具有更強的稀疏能力。但是目前的稀疏SAR成像框架都是基于雷達二維精確觀測得到的雷達觀測矩陣，求解該模型的計算代價過于龐大，難以用于大場景的成像。SAR回波的快速模擬算法一直以高效仿真作為目的被廣泛研究。但是實際上作為雷達觀測矩陣的一個良好近似，SAR回波模擬算子可高效近似雷達觀測方程，降低稀疏微波成像模型的復雜度。將其與Lq正則化相結合，將得到更快捷有效的成像算法。對背景技術的了解可參考以下文獻及其中的相關引文。[I]D. L. Donoho, Compressed sensing, IEEE Trans. Information Theory,2006,52(4)，PP :1289-1306.[2] Z. B. Xu, Data modeling V i sual psychology approach andLI/2regularization theory, Proceedings of International C ongress ofMathematicians(Hyderabad), Vol. IV(Invited Lectures), pp :3153-3184.[3]A. S. Khwaja, L. Ferro-Famil and E. Pottier, “SAR Raw Data SimulationUsing High Precision Focusing Methods”，EUSAR,2006.[4]Patel V M, Easley G R, and Healy D M. Compressed synthetic apertureradar. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,2010,4(2) :244-254.
發明內容
本發明提供了一種基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達(SAR)成像方法，可提升運行效率，降低計算成本，并可在低于奈奎斯特率采樣下實現成像，抑制旁瓣，獲得更清晰的SAR圖像。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是一種基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達(SAR)成像方法，其包括步驟步驟SI :構建回波模擬算子M，建立雷達觀測方程；
步驟S2 :根據新的雷達觀測方程，建立基于SAR回波模擬算子的Lq正則化成像模型
權利要求
1.一種基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，包括步驟 步驟SI :構建回波模擬算子M，建立雷達觀測方程； 步驟S2 :根據新的雷達觀測方程，建立基于SAR回波模擬算子的Lq正則化成像模型
2.如權利要求I所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述步驟SI，包括 步驟Sla :構建回波模擬算子M
3.如權利要求I或2所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述步驟Sla中，回波模擬算子M由距離多普勒算法(RDA)的逆過程構造
4.如權利要求I或2所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述步驟Sla中，回波模擬算子M由chirp-scaling算法(CSA)的逆過程構造
5.如權利要求I所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述步驟S3中，對于模型(1)，用閾值迭代算法求解，獲得場景的目標散射強度，包括步驟 步驟S3. I :初始化目標場景的目標散射強度Xtl,目標場景稀疏度預估值K和迭代終止準則，令η = O ； 步驟S3. 2 :更新梯度下降序列Bn，根據模擬回波構造方式不同，分別由(6)，(7)兩種方式實現 其中XnSn次迭代的目標場景散射強度，YS為采樣后的雷達觀測回波數據，O n，O τ分另Ij代表方位采樣矩陣和距離隨機降采樣矩陣，θ:,θ=分別為βη的共軛轉置，Mkd( ·)，Mcs(·)分別為由RDA逆過程和CSA逆過程構造的回波模擬算子，Gkd(*)，Gcs(·)分別為由RDA和CSA成像算子，μ 表示梯度下降的步長；
6.如權利要求5所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述閾值迭代算法的迭代步長Un，由觀測矩陣的最大特征值決定，由于^。^^近似正交，所以Un的值由采樣矩陣 q， T決定；其中，當采樣方式為隨機采樣時，1^取略大于I的常數即可。
7.如權利要求I或2所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述步驟Sla中的回波模擬算子M，任何有效的脈沖壓縮算法逆過程均適用于構造回波模擬算子M，而任何一個模擬回波算子M都自然的與任意正則化格式耦合，特別的對Lq正則化中0 < q < I有效。
8.如權利要求I所述的稀疏合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，適用于滿采樣情形，相比匹配濾波方法，能降低旁瓣，實現點目標增強。
全文摘要
本發明公開了一種基于回波模擬算子的稀疏合成孔徑雷達(SAR)成像方法，涉及合成孔徑雷達技術，該方法利用SAR回波特性及觀測場景的稀疏性，建立基于SAR回波模擬算子的稀疏正則化模型。利用融合回波模擬算子的閾值迭代算法，實現對觀測區域目標場景雷達成像。本發明方法相比已有基于二維觀測模型的稀疏SAR成像方法，可提升運行效率，降低計算成本；相比于匹配濾波成像方法，在一定條件下，可以在低于奈奎斯特率采樣下實現成像，并可抑制旁瓣，獲得更清晰的SAR圖像。
文檔編號G01S13/90GK102854504SQ20111018220
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者吳一戎, 徐宗本, 洪文, 張冰塵, 方健 申請人:中國科學院電子學研究所