基于马尔科夫链的单站SAR海面场景宽幅高分成像算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252016V01．37No．123793-3802ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于马尔科夫链的单站成像算法SAR海面场景宽幅高分倪嘉成1，张群1’*，顾福飞2，孙莉1，霍文俊11．空军工程大学信息与导航学院，西安7100772．中国卫星海上测控部，江阴214430摘要：针对单站合成孔径雷达(SAR)实现海面场景高分辨率宽测绘带(HRWS)成像问题，结合海面目标相对整个场景的稀

2、疏特性，提出了一种基于马尔科夫链的单站SAR宽幅高分成像算法。算法将宽幅的海面场景分为不同子测绘带，首先发射少量脉冲对各子测绘带进行距离向成像，利用距离向成像结果获取场景内感兴趣目标的数量信息。然后计算雷达波束指向的马尔科夫状态转移概率，并按此概率控制雷达对不同测绘带进行扫描。获得不同测绘带的稀疏子孑L径后进行压缩感知成像。提出的算法可以在相同合成孔径时间内实现多个测绘带的宽幅高分成像，最后的仿真实验验证了所提算法的有效性。关键词：SAR成像；压缩感知；距离像；马尔科夫链；迭代阈值算法中图分类号：V243．2；TN957文献标识码：A文章编号：i000—6

3、893(2016)12—3793一lO合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)可实现全天候、全天时、高增益的地面目标成像，然而传统单站SAR的测绘带宽有限，往往需要多次飞行才能完成宽幅场景成像，这不仅降低了测绘的效率，而且浪费了大量的资源，特别是面对中国广阔的海洋区域监视需求，这一问题显得尤为突出。SAR系统的高分辨率宽测绘带(HighResolutionWideSwath，HRWS)成像是解决这一问题的关键，然而受雷达最小天线面积的限制，高分辨率与宽测绘带往往构成一对矛盾[1]。宽测绘带要求SAR系统采用低脉冲重复频率(Pul

4、seRepetitionFrequency，PRF)以避免距离向发生模糊，而方位向高分辨率则要求采用高PRF以避免方位向出现多普勒模糊。为了解决HRWS成像问题，学者们进行了大量研究，提出了许多解决方案。一种方案是采用多发多收(MIMO)技术，利用多发多收获得的空间信息进行空域滤波解方位多普勒模糊。并利用频率合成获得更大的距离向带宽，从而获取HRWS成像能力[2-4]。但是，这些方法以条带模式居多，其天线尺寸使得系统无法获得更宽的测绘带，并且MIMOSAR结构复杂、技术难点多，提高了获取HRWS图像的难度[5。7]。另一种方法是采用扫描模式(SCAN)SA

5、R[8。12]的改进算法实现HRWS成像，例如文献ElO]提出一种基于压缩感知(CS)的HRWSSCANSAR成像算法，利用压缩感知收稿日期：2015．11-27；退修日期：2016．02—21；录用日期：2016．03．15；网络出版时间：2016-03．2216：00网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160322．1600．006．htmI基金项目：国家自然科学基金(61501498)；陕西省自然科学基础研究计划(2015JM6306)；陕西省统筹创新工程一特色产业创新链(2015KTTSGY04—

6、06)*通讯作者．Tel．：029-84791751E-mail：zhangqunnus@gmail．corn致用莽武

7、倪嘉残，张群。顾福飞，等．基f马尔辩夫链的单站SAR海面场景宽幅高分成像算法[Jj．航空学报，2016，37(12)：3793．3802．N

8、JC．ZHANGQ．GUFF．eta1．Mono-staticSARHRWSimagingalgorithmofseasurfacebasedonMarkovchainfJj．AetaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(12)：3793-3802．航空学报

9、Dec252016Vol37No12技术解决子测绘带方位向数据不完整的问题；文献[11]提出一种基于多发多收模式的SCANSAR成像方法，利用多天线接收和波束形成实现低PRF下的多普勒模糊信号重构，从而获得方位向高分辨；文献[12]则采用一种新的侧摆模式进行SCANSAR成像，通过距离向波束角度的变化，以损失积累时问为代价获得宽幅场景的回波信号，并利用压缩感知处理确保场景中心区域的高分辨成像。上述基于SCANSAR的成像算法是通过等概率扫描各子测绘带实现宽幅成像的，这种等概率扫描方式相当于对条带模式所得数据进行等间隔均匀分块降采样。对于海洋场景，成像的目的

10、是观测海面上的岛屿、舰船等感兴趣目标并最终实现对目标的检测和识别n