[发明专利]一种自适应的高分宽幅SAR清晰重构成像方法

说明书

本发明公开了一种自适应的高分宽幅SAR清晰重构成像方法，它通过使用将SAR平台非线性运动完全补偿的IDR方法生成用于重构的子图像，然后基于重构图像质量的原则建立优化模型，估计清晰成像的重构系数。用图像熵作为图像质量评判标准，清晰的图像有低的图像熵；用共轭梯度法解决优化问题，即通过迭代使重构图像的图像熵最小化。最后通过估计的重构系数对子图像进行加权，以获得清晰的重构图像。本发明既保留了IDR算法可以精确补偿SAR平台的非线性运动的优势，又优化了IDR算法中的子图像加权求和中的权重，本发明可以应用于合成孔径雷达成像，尤其是HRWS SAR成像和地球遥感等领域。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了高分宽幅合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)作为一种具有全天时、全天候、信息量丰富的遥感成像技术，已成为当今对地观测的重要手段。高分辨率和宽幅成像(HRWS)已成为合成孔径雷达(SAR)技术的重要趋势。但对于传统的单通道SAR，需要较低的脉冲重复频率(PRF)才能获得距离向的较为宽幅的图像，这与方位向上为避免模糊而需要的较高RPF的相矛盾。多通道SAR技术是解决这一矛盾的有效方法。在多通道SAR中，第一个通道以低PRF发射信号，以确保较宽的距离向扫描范围，同时，所有通道接收回波信号以增加方位向分辨率。但是，多通道HRWSSAR系统通常会导致方位向周期性非均匀采样，这仍会导致方位向模糊。目前用于抑制方位向模糊的方法主要有：滤波器组重建算法，时空自适应处理方法，频谱重建算法，图像域重构方法(IDR)，详见文献N.Gebert,G.Krieger,and A.Moreira,“Digital beamforming onreceive:Techniques and optimization strategies for high-resolution wide-swathsar imaging,”Aerospace and Electronic Systems IEEE Transactions on,vol.45,no.2,pp.564–592,2009.。但在多通道SAR系统中存在机械制造误差和测量误差导致的基线误差，严重降低了上述重建方法的性能。为解决这个问题，一种方法是估计基线误差。在基于干涉相位的多通道GMTI-SAR系统中，基线误差估计方法得到了广泛研究。然而由于多普勒模糊，用于GMTI的方法可能是无效的HRWS SAR基线误差估计。S.Zhang提出了一种基于相关函数的HRWS SAR基线估计方法，但这可能会增加噪声分量并产生许多交叉项。Huang提出了一种采用迭代自适应方法的沿线基线估算方法，尽管此方法对幅度和相位误差具有鲁棒性，但由于空间相关运算，在杂波噪声比相对较低的情况下，该方法可能无效。

发明内容：

针对具有基线误差的HRWS SAR成像，本发明提出了一种自适应清晰重构(AUR)方法，这是一种无需基线估计即可根据图像质量自适应重构图像的新方法。为了进行这种自适应重构，本发明提出的方法基于有图像加权求和特点、适用于弯曲轨迹SAR重构的IDR重构方法。首先，使用可以将SAR平台非线性运动完全补偿的IDR方法生成用于重构的子图像，然后基于重构图像质量的原则建立优化模型，估计清晰成像的重构系数。用图像熵作为图像质量评判标准，清晰的图像有低的图像熵；用共轭梯度法解决优化问题，即通过迭代使重构图像的图像熵最小化。最后通过估计的重构系数对子图像进行加权，以获得清晰的重构图像。该方法的特点是：1)AUR是一种基于图像质量自适应重构图像的新方法，而不是在图像重构之前估算基线；2)通过使用IDR，AUR可以利用基线误差执行曲线轨迹SAR重构，从而补偿非线性运动以生成子图像。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、脉冲重复频率(PRF)