一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)pfa成像算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法，首先，雷達(dá)發(fā)射機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射線性調(diào)頻信號，其次，雷達(dá)接收機(jī)按照降采樣的脈沖數(shù)對反射回來的回?fù)苊}沖數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)的接收并存儲，然后，對每個接收的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波及運(yùn)動補(bǔ)償并依次進(jìn)行距離向插值，在完成距離向插值后，采用基矩陣對方位向進(jìn)行稀疏恢復(fù)，最后，再對距離向做逆傅里葉變換成像。本方案消除了距離徙動的影響，保證了圖像的兩維分辨率，以及后續(xù)信號處理得精確性；無需對現(xiàn)有的雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行改動，同時(shí)達(dá)到了減小回波數(shù)據(jù)存儲和傳輸壓力的目的，并對SAR圖像具有良好的聚焦效果，適用于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，節(jié)約了成本。
【專利說明】一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)相比于光學(xué)和紅外遙感成像具有全天時(shí)全天候的優(yōu)點(diǎn)，人們對合成孔徑雷達(dá)的認(rèn)知越來越豐富，其在遙感遙測方面發(fā)揮的作用越來越大。隨著合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們希望對SAR圖像進(jìn)行更加精細(xì)的解讀和認(rèn)知，對SAR圖像提出了更高的分辨率要求。眾所周知，提高SAR圖像距離向分辨率的方法時(shí)提高發(fā)射信號的帶寬，而方位向的分辨率取決于合成孔徑的長度。PFA算法是合成孔徑雷達(dá)聚束模式下的一種高精度成像算法。載機(jī)在飛行過程中，雷達(dá)天線始終照射目標(biāo)區(qū)域，通過增加孔徑時(shí)間，提高方位向分辨率。相比較條帶模式，對于同一場景，聚束模式必然增加雷達(dá)脈沖回波的數(shù)據(jù)量，增加了數(shù)據(jù)采樣和存儲的負(fù)擔(dān)。壓縮感知(Compressive Sensing, CS)方法可以有效解決信號采樣和存儲帶來的問題，以往的研究結(jié)果表明，如果信號在某個域里可以稀疏和壓縮，那么就可以以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率的速率對信號進(jìn)行采樣，然后通過求解最優(yōu)化問題，可以對信號進(jìn)行精確或者近似恢復(fù)。
[0003]由于壓縮感知具有可以降低采樣率的優(yōu)點(diǎn)，所以在SAR成像方面也具有很大的應(yīng)用價(jià)格° 如文獻(xiàn) I (Baraniuk R and Steeghs P.Compressive radar imaging[C].1EEERadar Conference, Boston, MA, USA, Apr.17-20，2007:128-133.)對壓縮感知在 SAR 成像中的應(yīng)用提出了研究。但是在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，飛機(jī)的運(yùn)動導(dǎo)致與目標(biāo)之間的距離差總是超過一個距離分辨單元，在常規(guī)雷達(dá)中通過不同的算法對距離徙動進(jìn)行校正。
[0004]在壓縮感知雷達(dá)成像中目前的算法還沒有考慮距離徙動的校正，如文獻(xiàn)2 (ShiG MjLin Jj and Chen X Y，et al.UWB echo signal detection with ultra-low ratesampling based on compressed sensing[J].1EEE Transactions on Circuits andSystems I1-Express Briefs，2008，55 (4):379-383.)；
[0005]文獻(xiàn)3(Potter L C.Ertin Ej Parker J T et al, Sparsity and CompressedSensing in Radar Imaging[J],Proceedings of the IEEE，98(6)，June2010:1006-1020)；
[0006]文獻(xiàn)4(Alonso M Tj Lopez-Dekker P，and Mallorqui J J.A novel strategy forradar imaging based on compressive sensing[J].1EEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing，48 (12)，DECEMBER2010:4285-4295.)；
[0007]文獻(xiàn)5(Rilling Gj Davies M and Mulgrew Bj Compressed sensing basedcompression of SAR raw data[J].Author manuscript, published in〃SPARS’09-SignalProcessing with Adaptive Sparse Structured Representations versionl-20Mar2009:1-6.)；
[0008]文獻(xiàn)6(Patel V M，Easley G Rj Healy DMet al, CompressedSynthetic Aperture Radar [J], IEEE Journal of Selected Topics in SignalProcessing, VOL.4，N0.2，APRIL2010:244-254)；
[0009]文獻(xiàn)2至文獻(xiàn)6中所公開的算法，都沒有考慮距離徙動的影響，都是以兩維數(shù)據(jù)可分離作為前提條件而進(jìn)行的壓縮感知恢復(fù)成像。由于這些算法都沒有考慮距離徙動的影響，所以嚴(yán)重影響了距離向和方位向的分辨率。
[0010]到目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中針對壓縮感知成像算法中的距離徙動的影響，以及利用壓縮感知實(shí)現(xiàn)距離徙動的校正，還未見諸報(bào)道，且本領(lǐng)域也沒有對這方面的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法。該算法方位向降采樣隨機(jī)存儲脈沖數(shù)據(jù)，在信號稀疏恢復(fù)的過程中實(shí)現(xiàn)了距離徙動的校正，保證了圖像的兩維分辨率，且不需要對雷達(dá)硬件進(jìn)行改動，適合于雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用。
[0012]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0013]一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法，首先，雷達(dá)發(fā)射機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射線性調(diào)頻信號，其次，雷達(dá)接收機(jī)按照降采樣的脈沖數(shù)對反射回來的回?fù)苊}沖數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)的接收并存儲，然后，對每個接收的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波及運(yùn)動補(bǔ)償并依次進(jìn)行距離向插值，在完成距離向插值后，對方位向進(jìn)行稀疏恢復(fù)，最后，再對距離向做逆傅里葉變換成像，采用如下基矩陣對方位向進(jìn)行稀疏恢復(fù):
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法，其特征在于，首先，雷達(dá)發(fā)射機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射線性調(diào)頻信號，其次，雷達(dá)接收機(jī)按照降采樣的脈沖數(shù)對反射回來的回?fù)苊}沖數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)的接收并存儲，然后，對每個接收的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波及運(yùn)動補(bǔ)償并依次進(jìn)行距離向插值，在完成距離向插值后，對方位向進(jìn)行稀疏恢復(fù)，最后，再對距離向做逆傅里葉變換成像，采用如下基矩陣對方位向進(jìn)行稀疏恢復(fù):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的合成孔徑雷達(dá)PFA成像算法，其特征在于:所述距離向插值采用如下公式進(jìn)行變換:
f T =fC ( δ r-l)+ δ rf/ 其中，f\為距離頻率變量，f/為變換后的距離頻率變量，L為距離頻率尺度變換因子。
【文檔編號】G01S7/28GK103969628SQ201410139313
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】朱岱寅, 段化軍, 繆霖灝, 周欣, 荊騰 申請人:南京航空航天大學(xué)