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基于頻域稀疏壓縮感知的星載SAR稀疏重航過(guò)3維成像

田鶴 于海鋒 朱宇 劉磊 張潤(rùn)寧 袁莉 李道京 周凱

田鶴, 于海鋒, 朱宇, 劉磊, 張潤(rùn)寧, 袁莉, 李道京, 周凱. 基于頻域稀疏壓縮感知的星載SAR稀疏重航過(guò)3維成像[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(8): 2021-2028. doi: 10.11999/JEJT190638
引用本文: 田鶴, 于海鋒, 朱宇, 劉磊, 張潤(rùn)寧, 袁莉, 李道京, 周凱. 基于頻域稀疏壓縮感知的星載SAR稀疏重航過(guò)3維成像[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(8): 2021-2028. doi: 10.11999/JEJT190638
He TIAN, Haifeng YU, Yu ZHU, Lei LIU, Running ZHANG, Li YUAN, Daojing LI, Kai ZHOU. Sparse Flight 3-D Imaging of Spaceborne SAR Based on Frequency Domain Sparse Compressed Sensing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(8): 2021-2028. doi: 10.11999/JEJT190638
Citation: He TIAN, Haifeng YU, Yu ZHU, Lei LIU, Running ZHANG, Li YUAN, Daojing LI, Kai ZHOU. Sparse Flight 3-D Imaging of Spaceborne SAR Based on Frequency Domain Sparse Compressed Sensing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(8): 2021-2028. doi: 10.11999/JEJT190638

基于頻域稀疏壓縮感知的星載SAR稀疏重航過(guò)3維成像

doi: 10.11999/JEJT190638 cstr: 32379.14.JEJT190638
基金項(xiàng)目: 第五屆高分辨率對(duì)地觀測(cè)學(xué)術(shù)年會(huì)青年創(chuàng)新基金
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    田鶴:女,1991年生,工程師,研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、雷達(dá)成像識(shí)別和目標(biāo)特性研究

    于海鋒:男,1978年生,研究員,研究方向?yàn)槲⒉ㄟb感

    朱宇:男,1978年生,研究員,研究方向?yàn)槲⒉ㄟb感

    劉磊:男,1985年生,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)槲⒉ㄟb感

    張潤(rùn)寧:男,1966年生,研究員,研究方向?yàn)槲⒉ㄟb感

    袁莉:女,1977年生,研究員,研究方向?yàn)槔走_(dá)目標(biāo)識(shí)別

    李道京:男,1964年生,研究員,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng),微波成像,信號(hào)處理方面

    周凱:男,1995年生,博士生,研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理

    通訊作者:

    李道京 lidj@mail.ie.ac.cn

  • 中圖分類號(hào): TN959.74

Sparse Flight 3-D Imaging of Spaceborne SAR Based on Frequency Domain Sparse Compressed Sensing

Funds: Youth Innovation Fund of 5th China High Resolution Earth Observation Conference
  • 摘要:

    星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)稀疏重航過(guò)3維成像技術(shù)通過(guò)交軌向的多次飛行觀測(cè),獲得觀測(cè)場(chǎng)景的第3維分辨。該文給出了單顆衛(wèi)星SAR稀疏重航過(guò)軌道分布,為有效縮短重訪時(shí)間,同時(shí)給出了編隊(duì)雙星SAR軌道分布,對(duì)應(yīng)的交軌向等效孔徑長(zhǎng)度為20 km。提出了一種基于干涉處理和頻域壓縮感知(CS)的稀疏3維成像方法,利用稀疏重航過(guò)中的部分回波形成參考3維復(fù)圖像,對(duì)待重建SAR 3維圖像信號(hào)進(jìn)行干涉處理,使信號(hào)在頻域具備稀疏性。在大軌道分布范圍下,建立頻域距離向-交軌向線性測(cè)量矩陣,利用CS理論聯(lián)合求解稀疏表征下的圖像頻譜,避免交軌向和距離向的回波信號(hào)耦合。將求解所得頻譜逆變換至空間域,可得到觀測(cè)場(chǎng)景的3維圖像重建結(jié)果。仿真結(jié)果表明,該文方法在稀疏采樣率74.4%條件下,仍可獲得與滿采樣成像性能相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果,驗(yàn)證了干涉處理頻域稀疏方法在星載SAR 3維成像中的有效性。

  • 圖  1  星載SAR稀疏重航過(guò)3維成像幾何示意圖

    圖  2  單顆衛(wèi)星稀疏重航過(guò)軌道分布情況和10 m天線方向圖分析

    圖  3  編隊(duì)雙星稀疏重航過(guò)軌道分布情況和10 m天線方向圖分析

    圖  4  180次航過(guò)對(duì)應(yīng)的滿采樣3維BP成像結(jié)果

    圖  5  單顆衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)對(duì)應(yīng)的3維BP成像結(jié)果

    圖  6  單顆衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)對(duì)應(yīng)的頻域CS成像結(jié)果

    圖  7  編隊(duì)雙星23次稀疏重航過(guò)對(duì)應(yīng)的3維BP成像結(jié)果

    圖  8  編隊(duì)衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)對(duì)應(yīng)的頻域CS成像結(jié)果

    表  1  衛(wèi)星軌道漂移情況

    時(shí)間(d)0.2854796.28577312.2858818.285824.2855330.2853636.2855842.28562
    經(jīng)度漂移(km)00.1230000.1800000.1680000.0870000.0430000.1410000.173000
    距離漂移(km)013.69230020.03752018.7016809.6848004.78674015.69606019.258280
    時(shí)間(d)48.28547054.28515060.28521066.28538072.28539078.28525084.28498090.284810
    經(jīng)度漂移(km)0.1380000.0390000.0790000.1590000.1830000.1520000.0710000.029000
    距離漂移(km)15.3621004.3414628.79424417.69981020.37148016.9205707.9036883.228267
    時(shí)間(d)96.285010102.285100108.285000114.284900120.284600126.284500132.284700
    經(jīng)度漂移(km)0.1190000.1640000.1670000.1280000.0490000.0170000.117000
    距離漂移(km)13.24703018.25641018.59036014.2489005.4546581.89243213.02439
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  星載重航過(guò)SAR側(cè)視3維成像仿真參數(shù)

    參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值
    工作波長(zhǎng)$\lambda $0.03 m單星軌道最小間隔111.3 m
    發(fā)射信號(hào)帶寬${B_s}$300 MHz編隊(duì)雙星間隔222.6 m
    參考平臺(tái)高度$H$550 km交軌采樣最小間隔111.3 m
    入射角45°交軌等效孔徑長(zhǎng)度20 km
    方位分辨率1 m重復(fù)軌道次數(shù)23
    機(jī)載平臺(tái)速度7 km/s
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  圖像重建結(jié)果誤差分析

    觀測(cè)方式算法評(píng)價(jià)指標(biāo)
    圖像熵相關(guān)系數(shù)均方根誤差(m)
    180次滿采樣重航過(guò)3維BP成像0.4532
    單顆衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)3維BP成像0.72140.65660.0604
    編隊(duì)雙星23次稀疏重航過(guò)3維BP成像0.69800.79030.0453
    單顆衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)空間域CS成像0.00950.59020.0432
    編隊(duì)雙星23次稀疏重航過(guò)空間域CS成像0.00930.60940.0414
    單顆衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)頻域CS成像0.05030.78430.0405
    編隊(duì)衛(wèi)星23次稀疏重航過(guò)頻域CS成像0.04530.82800.0296
    下載: 導(dǎo)出CSV
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  • 加載中
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-08-26
  • 修回日期:  2020-05-05
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-05-16
  • 刊出日期:  2020-08-18

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