[发明专利]基于密度加权的模拟退火稀疏合成孔径雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体地说是一种稀疏合成孔径雷达的成像方法，该方法可用于机/星载雷达系统对地观测成像。

背景技术

合成孔径雷达SAR安置于机/星载平台，是一种主动式微波遥感设备，可以全天候、全天时、远距离对场景进行观测。根据奈奎斯特采样定理，方位向雷达发射重复频率必须大于方位向合成孔径带宽2倍才能保证频谱无混叠。由于机/星载合成孔径雷达往往平台速度快和天线孔径小，使得方位向带宽大，这就要求雷达重复频率高，导致方位向脉冲数多从而观测数据量大，不利于实时数据回传。

传统完全采样成像，需要采集并回传大量回波数据，导致成像计算量大，处理速度慢。稀疏采样可以降低回波采集数据量，从而减少成像计算量，提高处理速度。于是近些年出现了稀疏合成孔径雷达成像。

最简单的稀疏方式是均匀稀疏采样成像，由于这种成像方法不满足奈奎斯特采样定理，方位向匹配滤波后会出现成对回波即栅瓣，导致成像结果存在主场景的多次复制即鬼影。当雷达工作于条带模式时，“鬼影”场景会叠加到对应其成像中心的主场景上，造成成像模糊。

常规优化稀疏采样成像，通过设计好的代价函数，应用全局优化算法，如遗传算法GA、粒子群优化PSO算法、模拟退火SA算法等，优化出稀疏采样位置或保留优化位置的采样回波，能消除栅瓣和压低副瓣。但常规的优化稀疏采样成像方法存在运算量大、优化时间长、副瓣不够低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于密度加权的模拟退火的稀疏合成孔径雷达成像方法，以减小运算量和优化时间，进一步降低副瓣，提高成像质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)采用密度加权获得中间采样孔径：

(1a)设定全孔径采样数为D、稀疏孔径采样总数为M、初始中间孔径采样数为N₀，初始化1×D维采样标记矢量x＝0，采样标记矢量x元素为1表示采样，元素为0表示不采样，D、M、N₀均取正整数，且满足N₀＜M＜D；

(1b)由全孔径采样数D，获得D×1维泰勒窗矢量h＝taylorwin(D)，对窗矢量的最大值归一化，得到D×1维归一化泰勒窗矢量h₀＝h/max(h)，其中taylorwin和max分别表示泰勒窗函数和求最大值函数；

(1c)给循环变量赋初值：i＝fix(D/2)-fix(N₀/2)，这里i表示中间孔径采样序号，fix表示朝零取整；

(1d)随机产生一个服从均匀分布[0，1]区间的数：r＝rand(1)，以归一化泰勒窗矢量中第i个元素为参考，判断[h₀]_i＞r是否成立，若成立则[x]_i＝1，[x]_D+1-i＝1，否则直接执行步骤(1e)，其中rand表示产生一服从均匀分布的随机数，[x]_i表示矢量x中的第i个元素；

(1e)令i＝i+1，判断i≤ceil(D/2)是否成立，若成立，则返回步骤(1d)继续循环，否则执行步骤(1f)，这里ceil表示朝正无穷大取整；

(1f)循环结束后，统计中间采样孔径实际所含采样数N＝sum(x)，sum表示求和函数；

(2)利用模拟退火智能优化算法以主瓣和副瓣峰值比最大为代价函数，优化除中间采样孔径外的剩余两边对称采样孔径，得到方位向稀疏采样位置：

(2a)设定初始温度T₀，模拟退火总的迭代次数Q；

(2b)在采样标记矢量x剩余左边孔径中，随机填(M-N)/2个数值1，根据对称性在右边孔径填(M-N)/2个数值1，并记录1的位置，得到扰动前的位置矢量I_p＝find(x＝1)，find表示寻找满足条件元素的位置；