[发明专利]一种线阵SAR稀疏重构成像与相位误差校正方法

说明书

技术领域

本技术发明属于雷达技术领域，它特别涉及了合成孔径雷达（SAR）成像技术领域。

背景技术

线阵三维合成孔径雷达（Linear array SAR）成像系统是将线阵天线安装在运动平台上的一种新型合成孔径雷达系统。线阵三维SAR通过发射带宽信号，利用线阵天线以及运动平台的运动合成二维虚拟阵列，从而可以实现场景目标的三维成像。与传统合成孔径雷达（SAR）系统相比，线阵三维SAR具有以下独特优点：1)三维成像能力，提供更丰富的目标信息，更有利于目标特征提取和识别；2)多模式工作能力，除了传统侧视模式，还可工作于下视模式和前视模式，克服了传统SAR成像的盲区；3)复杂地形成像，可对城市、高山、峡谷和森林等复杂地形进行三维成像。线阵三维SAR作为一项新的空间对地观测和侦察手段，无论在民用还是军事应用领域都有着更为广泛的发展空间。线阵三维SAR成像系统可用于对城市地区进行三维测绘；对复杂地形区域的地形测绘以便于进行对地观测、灾害预测与灾害评估、协助飞行器的导航及盲降；对隐藏在深峡谷的军事目标进行监视和侦察搜索，获取目标三维图像，提高目标识别能力等。线阵三维SAR已经成了目前合成孔径雷达成像技术领域的研究热点。

当今线阵三维SAR成像算法主要基于匹配滤波理论，如三维距离-多普勒(RD)算法和三维后向投影(BP)算法，见参考文献“G.Fornaro,F.Serafino,and F.Soldovieri.Three-dimensional focusing with multipass SAR data.IEEE Trans.Geosci.Remote Sens,vol.41,no.3,pp.507-517,Mar.2003.”和“Shi Jun,Zhang Xiaoling,Yang Jianyu,Wang yinbo.Surface-Tracing-Based LASAR3-D Imaging Method via Multiresolution Approximation.IEEE Trans.Geosci.Remote Sens,vol.46,no.11,pp.3719-3730,Nov.2008.”。根据匹配滤波理论，若平台高度、雷达入射角和雷达系统工作中心频率固定之后，线阵三维SAR系统的切航迹向分辨率取决于线阵天线长度。线阵天线长度越长，切航迹向分辨率就越高。但在实际中，由于载体（飞机或卫星）系统尺寸有限，线阵天线长度往往只有几米或者几十米，难以实现高精度成像，制约了线阵三维SAR在某些高分辨雷达成像领域的应用。如何提高成像精度成为当今线阵三维SAR技术的关键问题。

线阵三维SAR成像是从原始回波信号中重构出目标散射系数，该成像过程本质上是一个逆散射问题求解过程。如果能够建立线阵三维SAR回波信号和目标散射系数的线阵测量模型，线阵三维SAR成像问题就可等效为三维空间目标散射系数的线性方程逆求解问题。在线阵SAR成像的三维场景空间中，由于大多数区域不包含散射点（如，空气）或散射点被其他散射点遮挡而无法被入射波束照射（如，地下目标），线阵SAR三维图像往往表现出典型的空间稀疏特征。因此线阵三维SAR成像问题可以进一步转化为稀疏目标的散射系数的估计与重构问题，在成像处理过程中只需要估计出包含稀疏目标空间单元的散射系数，并不需要估计场景目标空间所有单元的散射系数。压缩传感稀疏信号重构的主要思想是建立测量信号与被测量信号的线性测量模型，通过求解数值最优化问题准确重构出原始信号。压缩传感理论详见参考文献“D.Donoho.Compressed sensing.IEEE Trans.Inf.Theory,vol.52,no.4,pp:1289-1306,April2006.”。压缩传感稀疏重构方法对信号测量模型的精确度要求很高，如果信号测量模型存在误差或者不精确，压缩传感稀疏重构方法的重构精确度就会严重退化，有时甚至会出现错误的结果。在线阵三维SAR回波数据实际采集过程中，由于平台运动误差、时间同步误差和大气传播效应等测量不确定性因素，不可避免的会在线阵三维SAR原始信号测量模型中引入相位误差。因此，若利用稀疏重构方法进行成像，线阵三维SAR信号测量模型不可能被精确已知。

因此，为了获得良好的线阵三维SAR稀疏重构成像效果，我们必须考虑回波信号测量模型相位误差对线阵三维SAR成像的影响，并在重构过程中对模型相位误差进行估计与补偿。根据本人了解，当前还没有出现考虑回波信号测量模型相位误差的线阵三维SAR稀疏重构成像方法。

发明内容