[发明专利]一种基于场景块稀疏的稀疏微波成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达成像技术领域，具体涉及一种基于场景块稀疏的稀疏微波成像方法，适用于高分辨稀疏微波成像，为稀疏微波成像雷达图像的高精度重构提供技术保障。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)作为一种可全天时、全天候工作的主动式高分辨率微波遥感设备，它已经被广泛应用于军事和民用对地观测等相关领域中，如地球资源环境勘察与高精度测绘、自然灾害监测与突发事件应对、宽幅海洋资源和海面舰船监视、侦察与预警等。随着半导体器件的迅猛发展以及微波成像理论和方法的不断发展，实现米级甚至厘米级的分辨率以及上千公里的测绘带成像能力的微波成像雷达在技术上已经成为可能。

常规微波成像技术基于匹配滤波技术实现雷达场景的二位反卷积，它以奈奎斯特采样定理为基础保证雷达场景的无模糊重建。奈奎斯特采样定理要求无失真恢复有限带宽信号所需的采样率不得低于信号带宽，因而奈奎斯特定理要求的采样率决定了微波成像系统的规模和复杂度。由于传统微波成像技术需要发射/接收宽带距离信号以获得较高的距离分辨率，同时获得高方位分辨率需要较大的多普带宽信号，对距离信号和方位信号进行耐奎斯特采样不可避免的增加了系统的数据采集率、数据存储量以及对下行数据链路传输能力的要求，因而增加了系统的复杂度。

几年来随着诸如宽幅海洋监视的宽测绘度、高分辨率微波成像需求的不断增长，人们寻求一种可以对宽幅场景中的稀疏目标高分辨成像的稀疏微波成像新体制。稀疏微波成像是指将稀疏信号处理理论引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法，它以压缩采样与恢复理论为基础，以稀疏信号处理为技术手段，通过寻找被观测对象的稀疏表征域(如空间、时间、极化域)，在此稀疏表征域内以二维降速率采样为观测条件，采用l_q(0＜q≤1)稀疏恢复算法获取被观测对象的空间位置、散射特征和运动特性等几何与物理特征。稀疏微波成像雷达利用了微波场景的稀疏性或者变换稀疏性这一特点，以远低于耐奎斯特速率要求的采样率对稀疏微波场景进行采样，大大减少了数据采集、存储以及传输量，降低了系统复杂度。

稀疏微波成像适用于微波场景具有稀疏特征的雷达成像领域，如海面舰船监视、空中目标ISAR成像等，具有较强后向散射系数目标区域的几何、物理特征的重构性能为稀疏微波成像系统的首要侧重点。由于稀疏微波成像技术以稀疏场景为先验信息，采用较少的采样实现强散射目标的检测、位置估计以及后向散射系数重构。但是在实际应用中，由于杂波的存在使得任意的成像场景不可能是理想稀疏的，这将明显抑制了稀疏微波成像的性能，在实际操作中通常设定一个阈值，当估计值小于某个阈值时即认为该值为零进而使其强制性的满足稀疏性条件。微波图像重构的性能严重依赖于该阈值的选取，阈值选取较大导致低检测概率，阈值选取过小将导致高虚警概率；另一方面，由于成像雷达的高分辨，稀疏微波成像场景中的感兴趣的目标往往覆盖了多个分辨单元，即如果某个分辨单元为强散射点，那么它周围的若干个分辨单元往往也是强散射点，即除非人为设定的角反射器外不存在孤立的强散射点目标。现实成像场景的这一先验信息可以用来明显改善稀疏微波成像的性能，它也可以在保证同等图像重构的前提下进一步降低对微波场景的观测数据量。本专利提出基于稀疏微波成像雷达的稀疏场景的块稀疏特性的高精度微波图像重构方法。以下列出本发明的参考文献，通过引用将它们并入于此，如同在本说明书中作了详尽描述。

参考文献：

[1]D.L.Donoho，“Compressed sensing，”IEEE Trans.Inform.Theory，

vol.52，no.4，pp.1289-1306，Apr.2006.

[2]E.J.Cand`es，M.B.Wakin，and S.P.Boyd，“Enhancing sparsity by reweighted `1 minimization.”The Journal of Fourier Analysis and Applications (Preprint).

[3]Richard G.Baraniuk and Volkan Cevher，Volkan Cevher and Chinmay Hegde，“Model-Based Compressive Sensing，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.56，no.4，pp.1982-2001，Apr.2006.