基于壓縮感知的非均勻空間立體陣SAR三維層析成像.pdf

1、多基線(xiàn)層析SAR成像能在原有二維成像基礎(chǔ)上，獲取目標(biāo)在高度維上的分布信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的三維空間重建，它在很多場(chǎng)景中如隱蔽目標(biāo)探測(cè)，城市測(cè)繪，地表植被垂直結(jié)構(gòu)反演等方面領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，因此引起了越來(lái)越多的關(guān)注。而在實(shí)際情況中分布式SAR為實(shí)現(xiàn)高分辨三維成像，其數(shù)據(jù)必須滿(mǎn)足采樣定理，這會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量，這對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸會(huì)帶來(lái)較大困難，一般可以通過(guò)對(duì)SAR的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行三維欠采樣來(lái)解決，而欠采樣下的稀疏數(shù)據(jù)會(huì)給信號(hào)的三維處理增

2、加不少難題。因此研究在三維數(shù)據(jù)欠采樣下的層析SAR三維成像問(wèn)題是非常必要的。
　　本文分析在該環(huán)境下的三維成像系統(tǒng)各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方法，主要的工作內(nèi)容如下：
　　1.分析了多基線(xiàn)層析SAR的三維成像模型，分析了在距離、方位、高度向上出現(xiàn)非均勻稀疏數(shù)據(jù)下對(duì)成像的影響，并給出了整個(gè)層析SAR系統(tǒng)的信號(hào)處理流程。
　　2.研究了在距離-方位存在非均勻欠采樣情況下的二維高分辨成像問(wèn)題，給出了基于壓縮感知的二維

3、成像模型，依據(jù)此模型分別建立距離重構(gòu)矩陣和方位重構(gòu)矩陣實(shí)現(xiàn)了稀疏數(shù)據(jù)下的目標(biāo)二維重構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)頻域距離彎曲校正時(shí),由于方位向的降采樣使數(shù)據(jù)不再滿(mǎn)足奈奎斯特定理,導(dǎo)致在多普勒域計(jì)算距離偏移量時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的混疊，針對(duì)該問(wèn)題，提出了基于LMS估計(jì)的距離彎曲校正算法，該方法根據(jù)最小均方估計(jì)思想估計(jì)權(quán)值系數(shù)完成方位向的插值，有效解決了該條件下的距離彎曲問(wèn)題。
　　3.研究了分布式SAR下的二維高分辨成像問(wèn)題。分布式SAR相比單SAR成像而言，

4、利用不同視角下SAR圖像的多普勒頻偏特性，可以將所有的SAR回波的多普勒帶寬展寬，這樣就可以實(shí)現(xiàn)相比于傳統(tǒng)譜估計(jì)方法更高的距離/方位向的高分辨率。本文提出了頻譜合成的方法，該方法先利用干涉相位圖進(jìn)行瞬時(shí)多普勒頻譜估計(jì)，得到兩圖像的多普勒頻偏。然后依據(jù)頻譜對(duì)兩圖像進(jìn)行均衡疊加，從而擴(kuò)展了信號(hào)的多普勒譜，提升了目標(biāo)的方位分辨性能。
　　4.研究了SAR圖像的配準(zhǔn)問(wèn)題。分析了主流的幾種圖像配準(zhǔn)方法的優(yōu)劣，根據(jù)各方法的特點(diǎn)提出了二級(jí)SAR

5、圖像配準(zhǔn)的方法，首先利用相關(guān)系數(shù)法實(shí)現(xiàn)圖像的像素級(jí)粗配準(zhǔn)，然后在此基礎(chǔ)上再通過(guò)最大頻譜法實(shí)現(xiàn)更高精度的配準(zhǔn)，這樣不僅控制了計(jì)算量，而且保證了較高的配準(zhǔn)精度。
　　5.研究了非均勻立體陣構(gòu)型下的多基線(xiàn)層析SAR高度維成像方法。本文針對(duì)高度維成像中稀疏陣列導(dǎo)致基線(xiàn)數(shù)量有限且不均導(dǎo)致成像分辨率差的問(wèn)題，提出了基于壓縮感知的自適應(yīng)子空間追蹤方法來(lái)提高高度維成像的分辨性能，相比于正交匹配追蹤算法，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)迭代得到候選解的同步檢驗(yàn)，避免了錯(cuò)