【摘要】：線性陣列合成孔徑雷達(dá)(Linear array SAR,LASAR)又稱陣列三維SAR,它通過運動平臺搭載陣列天線,合成出一個虛擬二維陣面從而獲取陣面內(nèi)的分辨率,并結(jié)合距離壓縮最終獲取三維場景圖像,且由于具有下視能力,它克服了傳統(tǒng)二維SAR的陰影遮擋問題。本文主要研究線性陣列合成孔徑雷達(dá)的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)估計問題。陣列三維SAR成像應(yīng)用場景往往都具有良好的稀疏性,所以目前有很多陣列三維SAR的成像方案都是基于壓縮感知的,然而這些方案都將回波信號進(jìn)行了向量化表示,這會破壞數(shù)字高程模型中水平節(jié)點和高度之間的一一映射關(guān)系。本文提出了一種基于變分模型的解決方案,該方案相對于傳統(tǒng)的稀疏重建模型而言,DEM(水平節(jié)點和高度的函數(shù))已經(jīng)被當(dāng)作是最優(yōu)化的一個變量,因此水平節(jié)點和高度之間的一一映射關(guān)系得以保存,這種特性使得它在地形測量和測繪問題上可以發(fā)揮重要的作用。本文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新如下:1.介紹了陣列三維SAR的成像原理以及信號模型,描述了模糊函數(shù)的性質(zhì),分析了陣列三維SAR模糊函數(shù)與分辨率的關(guān)系,給出了兩種傳統(tǒng)的陣列三維SAR成像算法:三維距離多普勒算法和三維后向投影算法,進(jìn)而分析了它們各自的算法特性并作出了對比。2.分析了基于稀疏重建的陣列三維SAR成像。描述了壓縮感知的基本概念,以及如何將壓縮感知應(yīng)用到陣列三維SAR成像當(dāng)中。分析了幾種稀疏重建算法,其中重點分析了基于貪婪策略的OMP算法和CoSaMP算法,以及基于凸優(yōu)化的LASSO算法。并針對DEM重建問題對CoSaMP算法和LASSO算法進(jìn)行了實驗仿真。3.討論了基于稀疏重建的陣列三維SAR成像缺點,并將DEM估計問題建模成一個變分問題。回顧了變分法和泛函的概念,并在研究過程中發(fā)現(xiàn),本文研究的最優(yōu)化問題是一個與模糊函數(shù)相關(guān)的非線性變分,且均方誤差準(zhǔn)則(Mean Square Error,MSE)對于大多數(shù)的高度偏移來說已經(jīng)不起作用,因此通過求解傳統(tǒng)歐拉拉格朗日方程的數(shù)學(xué)方法已經(jīng)不再可行,提出了一種新的方法進(jìn)行求解。在觀測矩陣是行滿秩的條件下,利用限制模糊函數(shù)和滑動窗口結(jié)構(gòu),全局最優(yōu)路徑可以通過求解一系列的局部最優(yōu)化問題來得到。而局部最優(yōu)化問題可以看成是稀疏重建問題并通過一種優(yōu)化過的OMP算法,Var-OMP算法進(jìn)行求解。4.通過實驗發(fā)現(xiàn),Var-OMP算法直接應(yīng)用MSE準(zhǔn)則存在不穩(wěn)定性,故對MSE準(zhǔn)則進(jìn)行了一定的修正。分析得到Var-OMP的表現(xiàn)受到分辨率增強因子(L)和信噪比(SNR)的影響:SNR越大,該方法成像性能越好;L越小,Var-OMP算法越穩(wěn)定越快速。在與傳統(tǒng)的稀疏重建方法進(jìn)行性能比較之后,可以看到變分模型和Var-OMP算法更適合應(yīng)用于各種地形的DEM估計問題中。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN957.52

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本文編號：2540384