基于混沌调频信号的超大幅宽SAR成像方法及系统

本发明涉及遥感成像，特别是涉及一种基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像方法及系统。

背景技术：

1、sar(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)作为一种主动微波探测传感器，能够实现全天时全天候观测。超大幅宽sar的高分宽幅对于提升地形测量、海洋监视等应用领域的观测效率具有重要作用。然而，根据最小天线面积限制，sar系统中距离向宽覆盖和方位向高分辨是难以同时实现的。具体而言，传统sar系统如scansar或topsar获得大幅宽的同时付出了牺牲分辨率的代价。超大幅宽sar需要在保持方位分辨率的情况下，克服超大幅宽和方位分辨率之间的矛盾，实现无模糊连续幅宽覆盖的sar成像系统。

2、在超大幅宽sar系统的设计中，脉冲重复间隔(pulse repetition interval，pri)的选择起着重要作用。受特定范围内所选pri的约束，观测条带的回波持续时间超过一个pri，使得当前近距离散射的原始数据与观测条带中前一个远距离散射的数据相互干扰。此外，应考虑解决由于发射和接收之间的遮挡而导致的盲区。其中，近距端和远距端数据相互干扰问题，目前可由俯仰向数字波束形成(digital beamforming，dbf)技术解决，该技术发射宽波束覆盖整个幅宽范围，接收时实时高增益窄波束指向回波到达方向。随着系统复杂度的增加，基于dbf技术的sar系统具有良好的系统灵敏度和可接受的模糊性能，但是基于dbf技术的俯仰多孔径增加了数据量和硬件复杂度。对于盲区问题，可由变重频技术解决。目前变重频采样方式主要采用线性变化采样方式，但由于其较高旁瓣，在成像时会有虚假目标产生，影响成像质量。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像方法及系统，能够在解决远近距端之间干扰问题和盲区问题的同时降低计算复杂度，提高成像质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一方面，本发明提供一种基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像方法，包括：

4、以满足超大幅宽sar的工作分辨率为目标，基于高斯随机采样方法生成多个方位向随机采样时刻；

5、在每个方位向随机采样时刻，生成并发射混沌调频信号；

6、根据在所有方位向随机采样时刻采集的超大幅宽sar的原始回波信号构建回波矩阵；

7、基于回波矩阵和超大幅宽sar的工作参数进行成像，得到观测场景的成像结果。

8、可选地，所述基于高斯随机采样方法生成多个方位向随机采样时刻，具体包括：

9、基于高斯随机采样方法生成多个方位向随机采样时刻，以构成方位向随机采样时刻序列ta＝[η1,η2,...,ηm,...ηna]t，ta中各个方位向随机采样时刻的分布模式满足高斯分布，并满足ηna-η1≈λctcenter/4ρv；其中ηm≥0为ta中的第m个方位向随机采样时刻，1≤m≤na；na为所生成方位向随机采样时刻的数量；λ为波长；c为光速；tcenter为距离维度的中心时刻；ρ为分辨率；v为卫星的飞行速度。

10、可选地，所述在每个方位向随机采样时刻，生成并发射混沌调频信号，具体包括：

11、在每个方位向随机采样时刻，生成不同的混沌序列矩阵；

12、基于混沌序列矩阵进行积分调频，生成混沌调频信号；

13、基于每个方位向随机采样时刻对应生成的混沌调频信号构建sar发射信号矩阵并进行发射。

14、可选地，所述基于回波矩阵和超大幅宽sar的工作参数进行成像，得到观测场景的成像结果，具体包括：

15、对回波矩阵中的原始回波信号进行时域徙动校正，得到时域徙动校正后的回波信号；

16、根据时域徙动校正后的回波信号和超大幅宽sar的工作参数，利用稀疏贝叶斯学习算法进行相位补偿和相干积累，获得观测场景的成像结果。

17、另一方面，本发明还提供一种基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像系统，包括：

18、随机采样时刻生成模块，用于以满足超大幅宽sar的工作分辨率为目标，基于高斯随机采样方法生成多个方位向随机采样时刻；

19、混沌调频信号生成模块，用于在每个方位向随机采样时刻，生成并发射混沌调频信号；

20、回波矩阵构建模块，用于根据在所有方位向随机采样时刻采集的超大幅宽sar的原始回波信号构建回波矩阵；

21、成像模块，用于基于回波矩阵和超大幅宽sar的工作参数进行成像，得到观测场景的成像结果。

22、可选地，所述随机采样时刻生成模块具体包括：

23、随机采样时刻生成单元，用于基于高斯随机采样方法生成多个方位向随机采样时刻，以构成方位向随机采样时刻序列ta＝[η1,η2,...,ηm,...ηna]t，ta中各个方位向随机采样时刻的分布模式满足高斯分布，并满足ηna-η1≈λctcenter/4ρv；其中ηm≥0为ta中的第m个方位向随机采样时刻，1≤m≤na；na为所生成方位向随机采样时刻的数量；λ为波长；c为光速；tcenter为距离维度的中心时刻；ρ为分辨率；v为卫星的飞行速度。

24、可选地，所述混沌调频信号生成模块具体包括：

25、混沌序列生成单元，用于在每个方位向随机采样时刻，生成不同的混沌序列矩阵；

26、混沌调频信号生成单元，用于基于混沌序列矩阵进行积分调频，生成混沌调频信号；

27、混沌调频信号发射单元，用于基于每个方位向随机采样时刻对应生成的混沌调频信号构建sar发射信号矩阵并进行发射。

28、可选地，所述成像模块具体包括：

29、时域徙动校正单元，用于对回波矩阵中的原始回波信号进行时域徙动校正，得到时域徙动校正后的回波信号；

30、成像单元，用于根据时域徙动校正后的回波信号和超大幅宽sar的工作参数，利用稀疏贝叶斯学习算法进行相位补偿和相干积累，获得观测场景的成像结果。

31、再一方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像方法。

32、可选地，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。

33、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

34、本发明提供了一种基于混沌调频信号的超大幅宽sar成像方法及系统，针对超大幅宽sar的回波接收窗超出限定prt(pulse repetition time，脉冲重复周期)约束而导致的近距端和远距端之间的干扰问题，通过发射混沌调频信号，使得远距回波信号的调频率和混叠的近距端回波信号调频率存在显著差异，从而避免脉冲压缩后的互相干扰；针对重频引起的发射脉冲遮挡盲区问题，采用随机变重频的方位向采样方式，将盲区分散在整个幅宽范围内，从而避免特定区域始终无法接收到回波的情况，降低了系统复杂度，挖掘了非均匀采样的潜力，提高了地球重访周期和捕获目标的效率，实现了高分辨率高分宽幅成像。