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基于两级多分辨重构的无源分布式sar成像处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法，属于合成孔径雷达成像信号处理方法【技术领域】。本方法包括如下步骤：一，对机载接收机接收到的目标回波信号进行滤波、解调处理，将来自不同辐射源的目标回波信号分离出来，并分别解调到基带；二，对步骤一分离得到的各通道信号分别采用傅立叶重构算法处理得到目标的粗分辨率图像；三，对步骤二处理得到的多个粗分辨率图像，针对每一个粗分辨像素单元，在图像间利用稀疏重构方法得到该像素单元内目标的高分辨率图像，最后通过数据筛选和图像拼接得到整个场景的高分辨率图像。本方法既能解决稀疏采样导致的栅瓣问题，同时相比传统稀疏重构方法具有更好的计算效率。
【专利说明】基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法，属于合成孔径雷达(synthetic aperture radar,简称SAR)成像信号处理方法【技术领域】。
【背景技术】
[0002]无源雷达是一种本身不提供辐射源，而是利用外部机会辐射源典型如电台、电视台和无线通信基站等作为照射源的雷达。由于无需发射机提供照射源，无源雷达具有隐蔽性好、抗干扰能力强和成本低等优点，是当前雷达领域的一个研究热点。对于常用的外部机会照射源，他们提供的信号通常具有载频低、带宽小等特点，这使得无源雷达往往具有比较差的距离和方位分辨率，因而研究热点也主要集中在对目标的定位和追踪上。近年来，一方面受高分辨率成像需求推动，另一方面无源雷达可提供的多个机会照射源为高分辨率成像提供了可能，因此无源雷达成像受到了越来越多的关注。无源合成孔径雷达是一种重要的无源成像雷达系统，它利用多个机会辐射源作为照射源，而雷达接收机则装载在运动的平台上对目标回波进行接收，利用多个辐射源的提供的空间和频率分集以及接收机平台运动带来的空间分集可以提供对目标的高分辨率成像。目前，针对无源合成孔径雷达的成像方法可以分为三大类，第一大类基于傅里叶重构技术，他利用了雷达采集数据与成像区目标函数之间存在的傅里叶变换关系，直接对接收数据做傅里叶变换得到目标图像，如文献 1:“Multistatic synthetic aperture imaging of aircraft using reflectedtelevision signals”(基于电视信号的多基合成孔径雷达对空中目标成像)和文献2:“基于外辐射源的分布式无源雷达成像算法”中公开的技术；第二大类是反投影类算法，如文献 3:“Multistatic synthetic aperture radar image formation”(多基合成孔径雷达成像)和文献4 一种基于回波相关的无源合成孔径雷达成像方法”中公开的技术；第三类大类是稀疏重构类，如文献5 基于压缩感知的稀疏无源雷达成像”，文献6 基于压缩感知的多基地无源雷达成像算法”和文献7:uCompressed sensing of mono-static andmult1-static SAR”(单基和多基合成孔径雷达的压缩感知成像)中公开的技术。傅里叶重构类和反投影类类都要求信号采样满足Nyquist定理，而无源分布式雷达数据采集通常是分段稀疏的，即在每一个子带内采样是满足Nyquist定理，但不同子带间确是稀疏的，因此这两类方法都存在如何有效抑制栅瓣问题。稀疏重构类算法能解决稀疏采样问题，但该类算法目前还没有有效的快速算法，针对大量数据的处理还存在效率太低问题。

【发明内容】

[0003]本发明提出了一种基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法，充分考虑了无源分布式合成孔径雷达的数据采样特点，通过两级多分辨成像，既能解决稀疏采样导致的栅瓣问题，同时相比传统稀疏重构方法具有更好的计算效率。
[0004]本发明为解决其技术问题采用如下技术方案:
[0005]一种基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法，包括如下步骤:[0006](I)对机载接收机接收到的目标回波信号通过一组带通滤波器，将来自不同辐射源的目标回波信号分离出来，对分离出来的每个子带信号通过下变频解调成基带信号；
[0007](2)对步骤I分离得到的各通道解调信号分别进行极坐标格式转换，然后采用傅立叶重构算法处理得到目标的粗分辨率图像；
[0008](3)对步骤2处理得到的多个粗分辨率图像，针对每一个粗分辨像素单元，在图像间利用稀疏重构方法得到该像素单元内目标的高分辨率图像，最后通过数据筛选和图像拼接得到整个场景的高分辨率图像。
[0009]本发明的有益效果如下:
[0010]相比直接傅里叶重构和直接稀疏重构，本发明采用的两级重构方法存在如下优点。
[0011](I)在数据不满足Nyquist采样定理条件下，本发明可以很好的克服直接傅里叶重构方法所面临的栅瓣效应。
[0012](2)本发明方法第一级采用傅里叶重构，计算效率非常高，第二级虽然是稀疏重构，但数据维数大大降低，因此整个计算效率相比直接稀疏重构要有极大提高。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1 (a)是双基雷达数据采集几何模型；图1 (b)是双基雷达空间频域采样位置。
[0014]图2(a)是分布式雷达数据采集几何模型；图2(b)是分布式雷达空间频域采样位置。
[0015]图3是本发明算法处理流程图。
[0016]图4是本发明算法处理流程示意图。
[0017]图5是极坐标格式转换示意图。
[0018]图6是第二级稀疏重构示意图。
[0019]图7(a)是单分辨单元精分辨率分析示意图；图7(b)是多分辨单元精分辨率分析示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明创造做进一步详细的说明。为了说明方便，首先介绍分布式无源合成孔径雷达的信号模型和数据特点。
[0021]信号模型:
[0022]无源分布式合成孔径雷达利用空间稀疏分布的多个机会源(电视、广播或者通信信号源)作为照射源，然后利用装载在运动平台上的雷达接收机对感兴趣区域目标反射的信号进行接收。每一个辐射源和接收机构成一个双基对。我们首先考虑单个双基对的信号模型。
[0023]假设数据采集几何模型如图1 (a)所示，为简化分析，我们只考虑两维几何。在这一几何模型中，感兴趣区域中心定义为坐标原点，辐射源和接收机位置可由极径和极角确定，即(rT。，θτ)和(rK。，ΘΕ)分别表示辐射源和接收机位置，其中下标T，R分别表示发射机和接收机，下标c表示孔径中心。假设场景中存在一点目标，其位置为(xt，yt)，下标t表示目标，散射系数为σ。该目标到辐射源和接收机的位置分别为6和1.,。[0024]假设辐射源发射信号为s ( τ ) = exp (i2 π f τ )，式中i为虚数单位，f为信号频率，τ为距离向时间，exp表示指数函数。接收机对目标反射的该信号进行接收。通过解调后，接收信号可表示为
【权利要求】
1.一种基于两级多分辨重构的无源分布式SAR成像处理方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对机载接收机接收到的目标回波信号通过一组带通滤波器，将来自不同辐射源的目标回波信号分离出来，对分离出来的每个子带信号通过下变频解调成基带信号； (2)对步骤I分离得到的各通道解调信号分别进行极坐标格式转换，然后采用傅立叶重构算法处理得到目标的粗分辨率图像； (3)对步骤2处理得到的多个粗分辨率图像，针对每一个粗分辨像素单元，在图像间利用稀疏重构方法得到该像素单元内目标的高分辨率图像，最后通过数据筛选和图像拼接得到整个场景的高分辨率图像。
【文档编号】G01S7/41GK103941256SQ201410199640
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】毛新华, 路冉, 丁岚, 田宵骏, 江山, 朱岱寅 申请人:南京航空航天大学