[发明专利]一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法

说明书

本发明公开了一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法，属于合成孔径雷达(SAR)成像领域。本发明首先根据带通采样定理对中频SAR回波进行带通采样，并对采样值进行单比特量化，获得单比特带通采样数据；随后，利用SAR图像场景的稀疏性，构建单比特带通采样数据的稀疏表示模型，将SAR成像问题转换为单比特稀疏重构问题；最后，基于二元迭代硬阈值(BIHT)算法完成SAR成像。本发明能够很大程度降低回波采样数据的总比特数，从而一定程度上降低大数据量给SAR存储、传输系统带来的负担，且该方法依赖的系统复杂度较低，易于实现。

技术领域

本发明属于SAR成像领域，具体为一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法。

背景技术

SAR是一种二维高分辨率成像雷达。近年来，人们对SAR成像分辨率的要求越来越高，分辨率由以前的几十米，演变成如今的几米甚至分米级别。高分辨率随之带来的是庞大数据量。与实孔径雷达相同，SAR的距离向分辨率与发射信号的带宽相关。提高距离向分辨率，就要增大信号带宽，导致数据采集时模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)的采样速率就要足够高，这样不仅增加了ADC的工作负担，也会造成更大的回波数据量。而提高方位向分辨率，需要增大合成孔径长度，为了避免方位混叠，要求增大雷达发射信号的脉冲重复频率(PulseRepetitionFrequency,PRF)，这同样也会导致数据量的增多。庞大数据量会给数据采集、存储、传输系统带来很大负担，所以为了克服SAR高分辨率成像带来的弊端，即如何降低SAR数据量就成了当前SAR研究的一个主要课题。数据量降低，意味着存储空间的负担将降低，这无疑能够节约成本。另一方面，更少的数据量意味着传输带宽可以更小，或者说数据传输耗时更少，这也有利于实时成像。此外，如何根据SAR数据实现快速、精准成像也一直是世界学者研究的重点。

目前减少SAR回波数据量的方式主要可分为两大类：测量压缩和量化压缩。测量压缩意味着以欠采样方式对模拟回波信号进行采样，从而获得远低于Nyquist采样的样本数目，压缩感知雷达就属于此类范畴。只是压缩感知雷达的系统复杂度较高，一般都包含混频、滤波、采样、量化等模块。量化压缩意味着选取低比特位数对采样值进行量化。最极端的量化方案就是单比特量化，即仅保留采样数据的符号信息，每个采样值量化后仅占1比特内存。早在1997年，SchirinziG.等人就提出基于单比特量化的SAR成像方法。然而，到目前为止，学术界多数研究都是在基带采样数据上进行单比特量化操作，对雷达和通信领域普遍使用的中频带通信号直接进行单比特采样的研究不多。

发明内容

本发明提出了一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种单比特带通采样合成孔径雷达成像方法，具体实施步骤如下：

步骤1：按照带通采样定理对中频SAR回波进行带通采样，并对采样值进行单比特量化，得到单比特带通采样数据；

步骤2：建立单比特带通采样数据的稀疏表示模型并将成像问题表述成单比特稀疏重构问题；

步骤3：利用BIHT算法对单比特稀疏重构问题进行求解，实现SAR成像。

优选地，按照带通采样定理对中频SAR回波进行带通采样，并对采样值进行单比特量化，得到单比特带通采样数据的具体方法为：

正侧视条带SAR的中频回波信号为：

上式中，σ_k表示第k个场景单元的散射系数，t_k表示第k个场景单元回波信号的时延，f_I表示中频，φ(t)表示发射脉冲信号的相位，表示k个场景单元回波信号的相位偏移，ε(t)为加性高斯白噪声；

不考虑噪声时，中频回波信号表示成如下形式：