稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法。該方法將大場景稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)分割為較小的數(shù)據(jù)子塊進行成像，不受限于場景大小，使得現(xiàn)有信號處理機也可以利用稀疏微波成像方法處理大場景數(shù)據(jù)，適用于高分辨率、寬測繪帶條帶式合成孔徑雷達成像。
【專利說明】稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑雷達成像和稀疏信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)是一種主動式微波成像系統(tǒng)，能全天時、全天候地提供高分辨率的雷達圖像。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事及國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，如軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、土地資源管理等方面。隨著合成孔徑雷達技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的分辨率和測繪帶寬不斷提升，隨之而來的觀測數(shù)據(jù)量龐大、傳輸數(shù)據(jù)率過高的瓶頸效應(yīng)也越發(fā)明顯。
[0003]稀疏微波成像是合成孔徑雷達和稀疏信號處理結(jié)合的微波成像新體制，對突破上述瓶頸問題有顯著作用。它適用于合成孔徑雷達對稀疏或可稀疏化的觀測場景進行成像，可大幅度縮減成像所需的觀測數(shù)據(jù)量，降低傳輸數(shù)據(jù)率和雷達系統(tǒng)復(fù)雜度，近年來引起了國內(nèi)外同行的廣泛興趣。
[0004]對大場景成像既是傳統(tǒng)合成孔徑雷達的典型技術(shù)問題，也是稀疏微波成像亟待攻克的難點。受限于信號處理機的硬件能力，傳統(tǒng)合成孔徑雷達需要對大場景分割成像并將子圖像拼接，在子圖像重疊區(qū)按情況采取重疊相加和重疊保留的拼接方式。
[0005]圖1是條帶式SAR工作模式示意圖。雷達平臺沿方位向移動，在不同位置向地面發(fā)射微波信號并接收來自觀測場景的回波，獲取地面各局部的后向散射特性信息；隨平臺運動，雷達足跡在地面形成成像條帶。與傳統(tǒng)SAR所不同的是，稀疏微波成像目前主要針對稀疏場景，即感興趣的、擁有后向散射系數(shù)的目標(biāo)只在場景中占極小比例，并且根據(jù)場景稀疏度，后者的距離/方位向采樣率遠低于傳統(tǒng)系統(tǒng)所要求的奈奎斯特率。
[0006]現(xiàn)有稀疏微波成像采用非線性成像方法，計算效率低，且對于大場景成像需要大量計算資源，現(xiàn)有信號處理機硬件能力受限，無法勝任這種計算任務(wù)，因此需要一種適用于大場景稀疏微波成像的分割成像和拼接方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法。該方法包括:將大場景稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)Y分割成I^Ia個數(shù)據(jù)子塊Yu，使得
【權(quán)利要求】
1.一種稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)成像的方法，其特征在于，包括: 將大場景稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)Y分割成L.Ia個數(shù)據(jù)子塊Yu，使得
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將大場景稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)Y分割I(lǐng)r.Ia個數(shù)據(jù)子塊Yij的步驟中: 觀測數(shù)據(jù)Y是一個包含距離向和方位向的二維數(shù)組，Y的距離向起始采樣時刻為τ 0,持續(xù)時間為Tmax ;方位向起始采樣時刻為η C1，持續(xù)時間為Ilmax ; 數(shù)據(jù)子塊Yij的距離向起始采樣時刻為Ti= (1-ι).(Δ τ-?；)+τ ^，持續(xù)時間為Δ τ=(τΜΧ+(Ir-1).?；)/Ir ;方位向起始采樣時刻為Hj= (j-D *(Δ η _Ta) + η ^，持續(xù)時間為Δη = (nmax+(Ia-1) -TaVIa，其中，Δ τ ^ 2Tr, Δ η≤2Ta，I；為發(fā)射信號的脈沖持續(xù)時間，Ta為一個合成孔徑時間，從而各數(shù)據(jù)子塊Yu之間存在重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將大場景稀疏微波成像觀測數(shù)據(jù)Y分割I(lǐng)r.Ia個數(shù)據(jù)子塊Yij的步驟中: Xy =(少認？ ,k =1,2,-,Nf ,1 = 1,2,…，N1 是Yij中的距離向第k個、方位向第I個采樣點，<、AC分別為Yij的距離向、方位向釆梓點數(shù)； 所述數(shù)據(jù)子塊Yu所包含觀測數(shù)據(jù)量.<不超過信號處理機一次能調(diào)度的存儲器容量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述將各子圖像Xu線性拼接成大場景雷達圖像X的步驟包括: 對于各子圖像Xu中，裁切去除距離向兩側(cè)長度為c.?；/4范圍內(nèi)、方位向兩側(cè)長度為c.Ta/2范圍內(nèi)的采樣點，得到^ ;以及 將表,按順序無縫拼接成大場景雷達圖像X。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于:所述根據(jù)每個數(shù)據(jù)子塊Yu距離/方位向的降采樣方式，建立對應(yīng)觀測場景子區(qū)域的稀疏微波成像觀測模型，利用稀疏微波成像方法分別求解模型得到各子區(qū)域圖像Xu的步驟中，采用并行的方式，對每一數(shù)據(jù)子塊Yu: 根據(jù)其降采樣方式，建立對應(yīng)觀測場景子區(qū)域的稀疏微波成像觀測模型； 利用稀疏微波成像方法求解模型得到其對應(yīng)的子區(qū)域圖像Xij。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對數(shù)據(jù)子塊Yu，所述根據(jù)其降采樣方式，建立對應(yīng)觀測場景子區(qū)域的稀疏微波成像觀測模型的步驟中: 由每個數(shù)據(jù)子塊Yij距離/方位向的降采樣方式以及雷達平臺參數(shù)、發(fā)射接收幾何關(guān)系，分別建立對應(yīng)觀測場景子區(qū)域的稀疏微波成像觀測模型= AijXij，其中，Xij, Yij分別是Xu、Yij按照距離向優(yōu)先順序重新排列成的列向量，
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述對數(shù)據(jù)子塊Yu，利用稀疏微波成像方法求解模型得到其對應(yīng)的子區(qū)域圖像Xij的步驟包括: 根據(jù)模型yu = AijXij求解如下稀疏優(yōu)化問題:min| Xij 0s.t.| Iyij-AijXijI I2≤ε ij7其中，I I.I IC1表示計算非零元素的個數(shù)，ε ^是對應(yīng)子區(qū)域內(nèi)加性噪聲能量，得到各子區(qū)域的后向散射系數(shù)向量xij;以及 將Xij按照距離向優(yōu)先方位向次優(yōu)的順序重新排列成二維矩陣進而得到子區(qū)域的雷達圖像Xij。
【文檔編號】G01S13/89GK103630893SQ201310055233
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】洪文, 向寅, 張冰塵, 吳一戎 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所