前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法

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前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法
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摘要:针对高分辨前视阵列SAR三维成像系统面临的距离采样率高和回波数据量大的问题,本文利用地面散射源在三维空间中的稀疏性,提出距离频域和沿航向时域二维稀疏采样并稀疏重构地面三维图像的方法.从前视阵列SAR角度观察三维地面,地面散射源在距离向和沿航向二维空间中是稀疏的,在该二维方向上联合稀疏采样有望实现最佳的稀疏采样效果.为避免距离向时域稀疏采样造成的三维成像复杂化,提出利用子脉冲结合距离频域稀疏采样的方法来实现距离向稀疏采样.同时,结合地面散射源连续性特点,提出低信噪比情况下稳健的信号重构方法.与传统三维匹配滤波成像方法相比,本方法降低了距离采样率和回波数据量,并直接重构地面散射源信息以实现三维成像.
3 w5 N+ D9 q4 C; R8 o/ e关键词:三维成像;前视阵列SAR;稀疏采样;压缩感知成像
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5 y* L1 t$ S" h) S( ]  P8 f- n; @1引言
' k! z6 }  T! P9 v前视阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ,SAR)适用于高频段(如毫米波)雷达的低空近距离对地三维成像,具备实时获取平台前下方观测场景三维图像的优势和全天时、全天候工作的优点.除三维地貌测绘﹑植被资源调查、地质灾害调查、重点设施监测等常规三维图像应用外,由于可以向平台实时提供地面场景的三维信息,前视阵列SAR在地物匹配制导、飞行器自主导航和降落等场合具有独特的优势,受到了国内外机构和学者的广泛关注[12].
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( y: n* \0 Q! y! L- c' ?0 E前视阵列SAR始于20世纪90年代末,最初用于获取飞行路线前下方扇形区域的二维图像.结合平台沿航向运动形成的虚拟合成孔径,德国宇航局的Reig-ber A 博士提出了前视阵列SAR三维成像的概念,并进行了初步仿真实验[3.目前,前视阵列SAR三维成像研究已经取得了大量的成果,主要集中在阵列稀疏和超分辨、成像算法优化和设计等方面+~6].随着分辨率要求的逐步提高,前视阵列SAR需要长的阵列天线、大的信号带宽和宽的合成孔径,给系统设计和实现带来如下难题: (1)大的信号带宽增加了系统收发组件的复杂度和成本,而且当前的硬件水平也难以满足超高距离采样率的要求,如何解决大带宽信号的采样问题?(2)若满足奈奎斯特采样要求,三维高分辨率将导致系统
4 c  r& w/ C# M5 V" R' J而实际观测场景在三维空间中是稀疏的,如何利用观测场景的稀疏性降低回波数据量?
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