本發明專利技術涉及一種用于合成孔徑雷達的壓縮感知成像方法，該方法通過ChirpScaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，利用壓縮感知理論同時處理距離向和方位向二維數據，最終稀疏優化獲得基于低數據量的高分辨雷達圖像。該方法首先在距離向和方位向同時降低數據量，然后利用Chirp?Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，最后利用壓縮感知在距離向和方位向進行二維稀疏優化得到雷達圖像。本發明專利技術可以在觀測場景稀疏的情況下有效減少數據量，降低對合成孔徑雷達數據存儲設備和傳輸設備的要求，對于實際系統有重要的現實意義。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及雷達信號處理領域,特別涉及一種結合線頻調變標(Chirp Scaling) 算法的合成孔徑雷達壓縮感知成像方法。
技術介紹
高分辨率雷達常采用大帶寬的波形來獲得距離向的高分辨率，采用合成孔徑技術獲得方位向的高分辨率。Chirp Scaling 成像算法(Raney, R. K. , Runge, H. , Bamler, R., Cumming,1. G. , and Wong,F. H. :‘Precision SAR processing using chirp scaling’，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1994, 32, (4), pp. 786-799)通過相位相乘使所有目標的距離徙動軌跡一致化，避免了距離徙動校正時的插值操作，其所有的處理過程僅需要傅立葉變換和相位相乘即可實現，算法精度高，計算速度快，在合成孔徑雷達成像中獲得了廣泛應用。傳統的數據獲取基于香農采樣定理，即為了無失真地恢復模擬信號，采樣頻率應該不小于模擬信號頻譜中最高頻率的2倍(奈奎斯特采樣率)。壓縮感知理論(Donoho， D. L. ^Compressed sensing’，IEEE Transactions on Information Theory,2006,52,,pp. 1289-1306 ；Candes, E. J. , and Tao, T. ‘Near-Optimal Signal Recovery From Random Projections -Universal Encoding Strategies ’， IEEE Transactions on Information Theory，2006，52，(12)，pp. 5406-5425)可以在信號稀疏或可壓縮的情況下， 通過采集遠低于奈奎斯特采樣率的數據恢復信號，不僅可以降低對數據獲取 設備的要求， 而且可以減小數據存儲量和傳輸量，降低對相關硬件的性能要求。壓縮感知理論要求感知矩陣滿足受限等距條件(Candes, E. J. , and Tao, T. ‘Decoding by linear programming,, IEEE Transactions on Information Theory, 2005,51, (12)，pp. 4203-4215)，通?？刹捎秒S機貝努利矩陣、隨機高斯矩陣、隨機傅里葉矩陣等。如果采用模擬信息-轉換器獲取數據(Laska, J. N.，Kirolos, S.，Duarte, M. F.， Ragheb, T.S., Baraniuk, R. G. , and Massoud, Y. ‘Theory and implementation of an analog-to-1nformation converter using random demodulation,, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, New Orleans, LA, USA, May 2007, pp. 1959-1962), 則可以降低接收機的A/D采樣率。目標信號通過優化方法恢復，常用的有凸優化算法和貪婪迭代算法。在實踐中，高分辨雷達要求(超)寬帶信號和大的合成角度，由此導致數據量的增加，給數據存儲和傳輸帶來很大困難，極大的限制了合成孔徑雷達的應用。Tello Alonso 等人提出利用壓縮感知降低SAR成像數據量的方法(Tello Alonso,M. ,Lopez-Dekker P., and Mallorqui J. J. iA novel strategy for radar imaging based on compressive sensing’， IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2010,48, (12), PP. 4285-4295)，在距離徙動可以忽略的前提下分別處理距離向和方位向數據，首先在距離向采用傳統匹配濾波方式進行壓縮，然后在方位向進行降采樣，最后利用壓縮感知完成方位向壓縮。但是，實際中合成孔徑雷達經常工作在斜視或大觀測角度模式，此時距離徙動無法忽略，距離向和方位向分開處理需要利用插值來校正距離徙動，而這會引入額外的計算復雜度和誤差；另外，某些觀測場景在整個二維圖像域具有稀疏性，但某條距離線或方位線并不滿足稀疏，此時距離向和方位向分開進行壓縮感知處理會產生較大誤差。
技術實現思路
本 專利技術的目的在于，為了解決上述問題，從而提供一種結合線頻調變標(Chirp Scaling)算法的合成孔徑雷達壓縮感知成像方法，同時處理距離向和方位向二維數據，避免距離徙動校正中的插值操作，利用低數據量實現高分辨成像。為達到上述目的，本專利技術的，該方法通過Chirp Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基,利用壓縮感知理論同時處理距離向和方位向二維數據，最終稀疏優化獲得基于低數據量的高分辨雷達圖像。該方法首先在距離向和方位向同時降低數據量，然后利用Chirp Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，最后利用壓縮感知在距離向和方位向進行二維稀疏優化得到雷達圖像；所述的方法的具體步驟包括步驟I):合成孔徑雷達在方位向沿平臺運動軌跡發射線性調頻脈沖信號，接收端采集目標回波并進行下變頻和Ι/Q解調得到基帶回波信號s (ta, tr)，其中ta和&分別表示方位向時間和距離向時間，對應的方位向頻率和距離向頻率分別為4和f；;將s(ta，tr)離散化處理得到NaX隊的矩陣S, Na表示方位向脈沖個數，隊表示距離向點數,方位向最小時間間隔為Ata，距離向最小時間間隔為Atp Ata和Λ仁滿足奈奎斯特采樣定律，然后將S 進行辭典式排列成一維向量seC'即將矩陣S的每一行轉置后一個接一個排列成單列向量，該向量的長度為N =凡隊；步驟2):在方位向降低數據量，接收端在方位向抽取Ma個雷達回波脈沖，Ma < Na, 脈沖間隔隨機分布，脈沖數目^取決于場景的稀疏程度，場景越稀疏，所需脈沖數目越少；步驟3):在距離向降低數據量，對于步驟2)抽取得到的每個脈沖回波進行測量得到長度為的信號，且Mr < Mr,則Ma個脈沖回波的測量信號r的總長度為M = MaMpM < N, r表不為，權利要求1.，該方法通過Chirp Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，利用壓縮感知理論同時處理距離向和方位向二維數據， 最終稀疏優化獲得基于低數據量的高分辨雷達圖像。2.根據權利要求1所述的用于合成孔徑雷達的壓縮感知成像方法，其特征在于，該方法首先在距離向和方位向同時降低數據量，然后利用Chirp Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，最后利用壓縮感知在距離向和方位向進行二維稀疏優化得到雷達圖像；所述的方法的具體步驟包括步驟I):合成孔徑雷達在方位向沿平臺運動軌跡發射線性調頻脈沖信號，接收端采集目標回波并進行下變頻和I/Q解調得到基帶回波信號s (ta, tr)，其本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于合成孔徑雷達的壓縮感知成像方法，該方法通過Chirp?Scaling算子構建表示雷達回波信號的標準正交基，利用壓縮感知理論同時處理距離向和方位向二維數據，最終稀疏優化獲得基于低數據量的高分辨雷達圖像。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：董曉，張云華，
申請(專利權)人：中國科學院空間科學與應用研究中心，
類型：發明
國別省市：
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