基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式sar成像處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法，屬于合成孔徑雷達(dá)成像信號(hào)處理方法【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法包括如下步驟：一，對(duì)機(jī)載接收機(jī)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行濾波、解調(diào)處理，將來自不同輻射源的目標(biāo)回波信號(hào)分離出來，并分別解調(diào)到基帶；二，對(duì)步驟一分離得到的各通道信號(hào)分別采用傅立葉重構(gòu)算法處理得到目標(biāo)的粗分辨率圖像；三，對(duì)步驟二處理得到的多個(gè)粗分辨率圖像，針對(duì)每一個(gè)粗分辨像素單元，在圖像間利用稀疏重構(gòu)方法得到該像素單元內(nèi)目標(biāo)的高分辨率圖像，最后通過數(shù)據(jù)篩選和圖像拼接得到整個(gè)場景的高分辨率圖像。本方法既能解決稀疏采樣導(dǎo)致的柵瓣問題，同時(shí)相比傳統(tǒng)稀疏重構(gòu)方法具有更好的計(jì)算效率。
【專利說明】基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法，屬于合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,簡稱SAR)成像信號(hào)處理方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無源雷達(dá)是一種本身不提供輻射源，而是利用外部機(jī)會(huì)輻射源典型如電臺(tái)、電視臺(tái)和無線通信基站等作為照射源的雷達(dá)。由于無需發(fā)射機(jī)提供照射源，無源雷達(dá)具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前雷達(dá)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。對(duì)于常用的外部機(jī)會(huì)照射源，他們提供的信號(hào)通常具有載頻低、帶寬小等特點(diǎn)，這使得無源雷達(dá)往往具有比較差的距離和方位分辨率，因而研究熱點(diǎn)也主要集中在對(duì)目標(biāo)的定位和追蹤上。近年來，一方面受高分辨率成像需求推動(dòng)，另一方面無源雷達(dá)可提供的多個(gè)機(jī)會(huì)照射源為高分辨率成像提供了可能，因此無源雷達(dá)成像受到了越來越多的關(guān)注。無源合成孔徑雷達(dá)是一種重要的無源成像雷達(dá)系統(tǒng)，它利用多個(gè)機(jī)會(huì)輻射源作為照射源，而雷達(dá)接收機(jī)則裝載在運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行接收，利用多個(gè)輻射源的提供的空間和頻率分集以及接收機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)帶來的空間分集可以提供對(duì)目標(biāo)的高分辨率成像。目前，針對(duì)無源合成孔徑雷達(dá)的成像方法可以分為三大類，第一大類基于傅里葉重構(gòu)技術(shù)，他利用了雷達(dá)采集數(shù)據(jù)與成像區(qū)目標(biāo)函數(shù)之間存在的傅里葉變換關(guān)系，直接對(duì)接收數(shù)據(jù)做傅里葉變換得到目標(biāo)圖像，如文獻(xiàn) 1:“Multistatic synthetic aperture imaging of aircraft using reflectedtelevision signals”(基于電視信號(hào)的多基合成孔徑雷達(dá)對(duì)空中目標(biāo)成像)和文獻(xiàn)2:“基于外輻射源的分布式無源雷達(dá)成像算法”中公開的技術(shù)；第二大類是反投影類算法，如文獻(xiàn) 3:“Multistatic synthetic aperture radar image formation”(多基合成孔徑雷達(dá)成像)和文獻(xiàn)4 一種基于回波相關(guān)的無源合成孔徑雷達(dá)成像方法”中公開的技術(shù)；第三類大類是稀疏重構(gòu)類，如文獻(xiàn)5 基于壓縮感知的稀疏無源雷達(dá)成像”，文獻(xiàn)6 基于壓縮感知的多基地?zé)o源雷達(dá)成像算法”和文獻(xiàn)7:uCompressed sensing of mono-static andmult1-static SAR”(單基和多基合成孔徑雷達(dá)的壓縮感知成像)中公開的技術(shù)。傅里葉重構(gòu)類和反投影類類都要求信號(hào)采樣滿足Nyquist定理，而無源分布式雷達(dá)數(shù)據(jù)采集通常是分段稀疏的，即在每一個(gè)子帶內(nèi)采樣是滿足Nyquist定理，但不同子帶間確是稀疏的，因此這兩類方法都存在如何有效抑制柵瓣問題。稀疏重構(gòu)類算法能解決稀疏采樣問題，但該類算法目前還沒有有效的快速算法，針對(duì)大量數(shù)據(jù)的處理還存在效率太低問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法，充分考慮了無源分布式合成孔徑雷達(dá)的數(shù)據(jù)采樣特點(diǎn)，通過兩級(jí)多分辨成像，既能解決稀疏采樣導(dǎo)致的柵瓣問題，同時(shí)相比傳統(tǒng)稀疏重構(gòu)方法具有更好的計(jì)算效率。
[0004]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法，包括如下步驟:[0006](I)對(duì)機(jī)載接收機(jī)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)通過一組帶通濾波器，將來自不同輻射源的目標(biāo)回波信號(hào)分離出來，對(duì)分離出來的每個(gè)子帶信號(hào)通過下變頻解調(diào)成基帶信號(hào)；
[0007](2)對(duì)步驟I分離得到的各通道解調(diào)信號(hào)分別進(jìn)行極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換，然后采用傅立葉重構(gòu)算法處理得到目標(biāo)的粗分辨率圖像；
[0008](3)對(duì)步驟2處理得到的多個(gè)粗分辨率圖像，針對(duì)每一個(gè)粗分辨像素單元，在圖像間利用稀疏重構(gòu)方法得到該像素單元內(nèi)目標(biāo)的高分辨率圖像，最后通過數(shù)據(jù)篩選和圖像拼接得到整個(gè)場景的高分辨率圖像。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:
[0010]相比直接傅里葉重構(gòu)和直接稀疏重構(gòu)，本發(fā)明采用的兩級(jí)重構(gòu)方法存在如下優(yōu)點(diǎn)。
[0011](I)在數(shù)據(jù)不滿足Nyquist采樣定理?xiàng)l件下，本發(fā)明可以很好的克服直接傅里葉重構(gòu)方法所面臨的柵瓣效應(yīng)。
[0012](2)本發(fā)明方法第一級(jí)采用傅里葉重構(gòu)，計(jì)算效率非常高，第二級(jí)雖然是稀疏重構(gòu)，但數(shù)據(jù)維數(shù)大大降低，因此整個(gè)計(jì)算效率相比直接稀疏重構(gòu)要有極大提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1 (a)是雙基雷達(dá)數(shù)據(jù)采集幾何模型；圖1 (b)是雙基雷達(dá)空間頻域采樣位置。
[0014]圖2(a)是分布式雷達(dá)數(shù)據(jù)采集幾何模型；圖2(b)是分布式雷達(dá)空間頻域采樣位置。
[0015]圖3是本發(fā)明算法處理流程圖。
[0016]圖4是本發(fā)明算法處理流程示意圖。
[0017]圖5是極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換示意圖。
[0018]圖6是第二級(jí)稀疏重構(gòu)示意圖。
[0019]圖7(a)是單分辨單元精分辨率分析示意圖；圖7(b)是多分辨單元精分辨率分析示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。為了說明方便，首先介紹分布式無源合成孔徑雷達(dá)的信號(hào)模型和數(shù)據(jù)特點(diǎn)。
[0021]信號(hào)模型:
[0022]無源分布式合成孔徑雷達(dá)利用空間稀疏分布的多個(gè)機(jī)會(huì)源(電視、廣播或者通信信號(hào)源)作為照射源，然后利用裝載在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的雷達(dá)接收機(jī)對(duì)感興趣區(qū)域目標(biāo)反射的信號(hào)進(jìn)行接收。每一個(gè)輻射源和接收機(jī)構(gòu)成一個(gè)雙基對(duì)。我們首先考慮單個(gè)雙基對(duì)的信號(hào)模型。
[0023]假設(shè)數(shù)據(jù)采集幾何模型如圖1 (a)所示，為簡化分析，我們只考慮兩維幾何。在這一幾何模型中，感興趣區(qū)域中心定義為坐標(biāo)原點(diǎn)，輻射源和接收機(jī)位置可由極徑和極角確定，即(rT。，θτ)和(rK。，ΘΕ)分別表示輻射源和接收機(jī)位置，其中下標(biāo)T，R分別表示發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，下標(biāo)c表示孔徑中心。假設(shè)場景中存在一點(diǎn)目標(biāo)，其位置為(xt，yt)，下標(biāo)t表示目標(biāo)，散射系數(shù)為σ。該目標(biāo)到輻射源和接收機(jī)的位置分別為6和1.,。[0024]假設(shè)輻射源發(fā)射信號(hào)為s ( τ ) = exp (i2 π f τ )，式中i為虛數(shù)單位，f為信號(hào)頻率，τ為距離向時(shí)間，exp表示指數(shù)函數(shù)。接收機(jī)對(duì)目標(biāo)反射的該信號(hào)進(jìn)行接收。通過解調(diào)后，接收信號(hào)可表示為
【權(quán)利要求】
1.一種基于兩級(jí)多分辨重構(gòu)的無源分布式SAR成像處理方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對(duì)機(jī)載接收機(jī)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)通過一組帶通濾波器，將來自不同輻射源的目標(biāo)回波信號(hào)分離出來，對(duì)分離出來的每個(gè)子帶信號(hào)通過下變頻解調(diào)成基帶信號(hào)； (2)對(duì)步驟I分離得到的各通道解調(diào)信號(hào)分別進(jìn)行極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換，然后采用傅立葉重構(gòu)算法處理得到目標(biāo)的粗分辨率圖像； (3)對(duì)步驟2處理得到的多個(gè)粗分辨率圖像，針對(duì)每一個(gè)粗分辨像素單元，在圖像間利用稀疏重構(gòu)方法得到該像素單元內(nèi)目標(biāo)的高分辨率圖像，最后通過數(shù)據(jù)篩選和圖像拼接得到整個(gè)場景的高分辨率圖像。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK103941256SQ201410199640
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】毛新華, 路冉, 丁嵐, 田宵駿, 江山, 朱岱寅 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)