一种基于广义反射率模型的高分辨雷达快速成像方法

摘要

本发明公开了一种基于广义反射率模型的高分辨雷达快速成像方法。本发明扩展了现有雷达成像的波恩近似模型，在模型中加入目标的各向异性特性与目标对不同频段信号的作用效果不同的特性；该模型与实际信号模型更加接近，增强了雷达成像效果，为实现高分辨雷达成像奠定了模型基础；并提出了利用目标广义反射率的三种稀疏特性将雷达成像系统划分为子孔径或子频带进行近似计算；提出根据系统函数特性将成像区域划分为一系列子成像区域，大大加速了成像速度；进一步提出利用对偶变换将传统的雷达成像问题转化为基于物理机制的图像处理问题；本发明既保证了雷达成像精度又加快了雷达成像速度，有效解决了无法进行大尺度高分辨雷达实时成像的技术难题。

主权项

一种基于广义反射率模型的高分辨雷达快速成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：1)建立雷达成像系统，获取雷达散射数据：雷达成像系统包括T个发射机，R个接收机，发射信号的频率个数为F，发射机依次向目标成像区域发射信号，并由全部接收机接收回波信号，则当第t个发射机发射信号后，各个接收机处接收到的回波信号依次为y_F,t＝[y_F,t,1；y_F,t,2；…y_F,t,R]，其中，T和R分别为≥2的自然数，t＝1,2,…,T，F为≥2的自然数；2)建立广义反射率模型：广义反射率模型是建立在波恩近似模型基础上，并包含成像目标的各向异性特性与频率特性，即不同角度发射机下成像目标的反射率不同，不同工作频率下成像目标的反射率不同的特性；3)数据变换和数据整合：a)接收机接收频域回波信号；b)根据雷达系统函数的结构性特征，依据广义反射率模型，将雷达成像系统划分为K个子孔径或子频带，并将目标成像区域划分为B个子成像区域，根据上述划分结果，对频域回波信号进行组合整理，得到关于第b个子成像区域与第k个子孔径或子频带的回波数据函数y_(k,b)，其中，k＝1,2,…,k，b＝1,2,…,B，根据自由空间并矢格林函数构造雷达成像系统函数A_(k,b)，则广义反射率x_(k,b)满足方程(1)：y_(k,_b)＝A_(k,_b)x_(k,_b)+n_(k,_b)         (1)其中，n_(k,b)表示模型误差，则雷达成像问题转化为求解方程(1)中未知数x_(k,b)的逆问题；c)在方程(1)两边分别乘以系统函数A_(k,b)的共轭转置矩阵即对方程(1)进行对偶变换得到方程(2)：$z_{(k,b)}=B_{(k,b)}{x}_{(k,b)}+{\tilde{n}}_{(k,b)}---\left(2\right)$其中，是表示图像处理的系统函数，是表示后向投影成像结果，n_(k,b)是模型误差，上述对偶变换将雷达成像问题转化为基于物理机制的雷达图像处理问题；4)对子成像区域进行并行成像：基于广义反射率模型，针对方程(2)根据梯度迭代算法对各个子成像区域进行并行成像，第b个子成像区域下的第k个子孔径或子频带的第m次迭代得到广义反射率满足方程(3)：$x_{(k,b)}^m=x_{(k,b)}^{m-1}+{\alpha }_{(k,b)}^{m-1}{d}_{(k,b)}^{m-1}---\left(3\right)$其中，为第b个子成像区域下的第k个子孔径或子频带的第m次迭代的步长因子，为第b个子成像区域下的第k个子孔径或子频带的第m次迭代的梯度函数；利用广义反射率模型将第b个子成像区域下的所有K个子孔径的成像结果x_(k,b)进行图像融合，得到第b个子成像区域的成像结果x_(b)：$x_{\left(b\right)}=\left|\right|x_{(k,b)}|{|}_{p,q}={\left({\Sigma }_{n=1}^N{\left({\Sigma }_{k=1}^K{\left|x_{\left(kb\right)}\left(n\right)\right|}^p\right)}^{q/p}\right)}^{1/q}2\le p\le \infty ,0\le q\le 1---\left(4\right)$其中，N表示x_(k,b)的元素个数，n代表第n个元素，n＝1,2,…,N，p和q是范数指数；5)图像融合：将B个子成像区域的成像结果x_(b)进行图像融合可得到一幅完整目标成像区域的高分辨雷达成像图像X。