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专利号: 202110089664X
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机载圆迹SAR对不同高度目标分离的方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、构建圆迹SAR数据采集几何模型,以分析得到回波信号,回波信号为不同高度回波信号的混合信号;

步骤二、通过灰度相关性算法对不同子孔径目标进行配准估算出其高度;

步骤三、定义SAR投影矩阵,构建基于完备小波字典的稀疏成像方法  ,以得到不同高度目标的联合稀疏图像;

步骤四、截取回波信号中不同高度的回波子块进行处理,得到不同高度的平面的目标图像;

步骤五、通过实验仿真混合不同高度目标的图像的回波数据,以验证步骤一到步骤四的有效性。

2.根据权利要求1所述一种机载圆迹SAR对不同高度目标分离的方法,其特征在于:系统工作在高度为H的飞机上,绕观测目标做圆形轨迹飞行,半径为R,速度保持不变,运动过程中雷达波束中心始终指向场景中心,观测场景为半径为 的圆形区域,通过计算得雷达到场景中心距离为 ,雷达与x轴的方位角为 ,雷达坐标为, 表示慢时间域;步骤一中,雷达发送线性调频信号,即:  (1)

其中 表示矩形窗函数,是线性调频信号脉冲宽度,是快时间变量,是发射信号中心频率,是线性调频斜率,假设探测区域内任意一点P的坐标为 ,则雷达与P点之间的瞬时距离为:  (2)

P点接收的雷达回波信号为:

  (3)

经正交解调后,P点的目标回波可写为:  (4)

其中 为目标散射特性函数,假设为各向同性散射,则目标散射特性不随入射角变化而变化;

所有点目标混合的雷达回波信号为: =   (5)

然后对混合信号的回波进行距离向压缩,这里以(4)式进行推导,首先对(4)作距离向傅里叶变换,可以得到:  (6)

其中 为距离频率变量,对回波数据作匹配滤波和运动补偿,使场景中心点回波相位为

0 ,可以对公式(4)乘以如下函数:  (7)。

3.根据权利要求2所述一种机载圆迹SAR对不同高度目标分离的方法,其特征在于:步骤二具体包括:灰度自相关算法为:  (8)

其中 、 分别表示(i,j)处子图和模板图像的平均灰度值, 、 分别表示子图和模板图像每个像素点的平均灰度值, 表示子图与模板图像的相似度,值越大则相似程度越高;

圆迹SAR目标高度估计公式如下:  (9)

其中 是经过配准后的两幅子孔径图像的点相差的距离,是子孔径图像相差的角度,为雷达俯仰角。

4.根据权利要求3所述一种机载圆迹SAR对不同高度目标分离的方法,其特征在于:步骤三包括:S1,将距离向脉冲压缩后的数据重排得到列向 ,并定义雷达系统映射矩阵为 ,得到的信号模型为:  (10)

其中,为相位历史数据, 为包含了不同高度的点目标的复值的SAR成像投影算子,f是场景的散射系数, 表示加性噪声,为高斯白噪声;

S2,定义一个完备小波字典  ,将 SAR 图像   示为完备小波字典   稀疏表示,有:  (11)

其中 为稀疏表示的系数,雷达回波数据可以重新记为:  (12)

 基于非二次正则化框架,将SAR图像重建问题表述为以下优化问题:  (13)

其中,

 (14)

代表 范数, 、是标量正则化参数,针对  范数约束,式(14)中的 范数使用以下平滑逼近:  (15)

其中 是一个常数,K是复矢量 的长度, 表示其第i个元素;因此,出于数值目的,将(15)式带入(14)式,得到以下经过修改过的代价函数:  (16)

其中 为向量 的第i个元素,N代表向量 的长度,当 时,式(10)中,式(16)可使用拟牛顿法实现迭代求解最小值;对式(16)的系数 计算实部和虚部的梯度,得到:  (17)

其中,

 (18)

这里,

(19)

 其中, 是代价函数的复梯度, 表示矩阵的转置, 表示一个对角矩阵;

用 的近似代替海森矩阵,根据牛顿法得到迭代公式如下:  (20)

其中 是迭代步长, 是迭代n次之后的估计值,式(20)进一步推导可得  (21)

此时,迭代式(15)是一个   为共轭对称矩阵的线性方程组,将幅度低于门限值的数都设为0,使用预处理共轭梯度处理方法即可实现式(21)的迭代求解,从而得到所需图像。

5.根据权利要求4所述一种机载圆迹SAR对不同高度目标分离的方法,其特征在于:步骤三的S2中, 的取值范围为:0< <1。