本發(fā)明屬于gnss-r?sar超分辨成像，特別涉及一種基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法。
背景技術(shù)：
1、基于導(dǎo)航衛(wèi)星反/散射信號(hào)的合成孔徑雷達(dá)(global?navigation?satellitesystem?reflectometry?synthetic?aperture?radar,?gnss-r?sar)系統(tǒng)是由導(dǎo)航衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星和機(jī)載/地基接收機(jī)組成的空天地一體化雙/多基?sar?系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠充分利用已有導(dǎo)航衛(wèi)星資源，具有衛(wèi)星數(shù)量多、幾何構(gòu)型靈活多樣、隱蔽性強(qiáng)、重訪周期短、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)空天地?sar?雷達(dá)組網(wǎng)發(fā)展的重要方向之一。
2、基于導(dǎo)航衛(wèi)星為輻射源的雙/多基?sar，利用現(xiàn)有的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)作為外輻射源信號(hào)，將接收機(jī)放置于低軌衛(wèi)星、機(jī)載平臺(tái)和地表固定站接收觀測(cè)區(qū)域反、散射信號(hào)并進(jìn)行sar?成像信號(hào)處理。由于gnss信號(hào)本身的設(shè)計(jì)初衷是定位而非成像，其信號(hào)功率低、帶寬窄，直接導(dǎo)致雷達(dá)成像時(shí)分辨率不高且噪聲影響顯著。
3、超分辨成像技術(shù)主要是為了解決傳統(tǒng)成像系統(tǒng)在物理硬件（如傳感器帶寬、天線尺寸、光學(xué)衍射極限等）上的局限，通過(guò)先進(jìn)的信號(hào)處理與重建算法，提取或恢復(fù)出比采樣分辨率更高的圖像細(xì)節(jié)。超分辨成像技術(shù)通常將低分辨率圖像看作是高分辨率圖像經(jīng)過(guò)模糊（如點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)作用）、降采樣以及噪聲干擾后的結(jié)果。通過(guò)對(duì)這一退化模型的精確建模，可以設(shè)計(jì)反卷積或重建算法，從而恢復(fù)出更多的細(xì)節(jié)信息。
4、目前，由于gps的測(cè)距碼的帶寬為1.023mhz，它的距離向分辨率約為150m，當(dāng)兩個(gè)物體的距離小于150m時(shí)，傳統(tǒng)的成像方法無(wú)法分辨兩個(gè)目標(biāo)，所以需要進(jìn)行超分辨成像。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)gnss回波信號(hào)提出一種基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，該方法通過(guò)將矩陣壓縮、正則化建模與快速優(yōu)化算法相結(jié)合，從而形成一套高效、穩(wěn)定的距離超分辨處理流程，以使得gnss-r成像的距離向分辨率明顯提高。
2、本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
3、基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，包括如下步驟：
4、步驟1.?獲取gnss回波信號(hào)，并通過(guò)距離-多普勒算法進(jìn)行g(shù)nss回波信號(hào)的初步成像，并將初步成像結(jié)果表示為信號(hào)卷積模型形式；
5、其中卷積模型中的觀測(cè)矩陣是gnss測(cè)距碼的歸一化自相關(guān)函數(shù)的循環(huán)矩陣；
6、步驟2.?利用奇異值分解對(duì)觀測(cè)矩陣進(jìn)行降維處理，同時(shí)構(gòu)建權(quán)重函數(shù)并提出一種加權(quán)奇異值保持策略，對(duì)觀測(cè)矩陣進(jìn)行加權(quán)重構(gòu)，從而構(gòu)建新的信號(hào)卷積模型；
7、步驟3.?針對(duì)新的信號(hào)卷積模型，從正則化出發(fā)，利用目標(biāo)的稀疏特性，采用l1范數(shù)作為約束項(xiàng)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，將成像問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏重建的逆問(wèn)題求解；
8、步驟4.?設(shè)計(jì)一種加速的迭代優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，迭代優(yōu)化算法在每次迭代中執(zhí)行梯度下降并結(jié)合軟閾值收縮操作，同時(shí)引入動(dòng)量項(xiàng)以加快收斂速度；
9、步驟5.?當(dāng)目標(biāo)函數(shù)求解完成后，輸出基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像結(jié)果。
10、此外，在基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了一種與之對(duì)應(yīng)的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像系統(tǒng)，其采用如下技術(shù)方案：
11、基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像系統(tǒng)，包括如下模塊：
12、初步成像模塊，用于獲取gnss回波信號(hào)，并通過(guò)距離-多普勒算法進(jìn)行g(shù)nss回波信號(hào)的初步成像，并將初步成像結(jié)果表示為信號(hào)卷積模型形式；
13、其中卷積模型中的觀測(cè)矩陣是gnss測(cè)距碼的歸一化自相關(guān)函數(shù)的循環(huán)矩陣；
14、觀測(cè)矩陣重構(gòu)模塊，用于利用奇異值分解對(duì)觀測(cè)矩陣進(jìn)行降維處理，同時(shí)構(gòu)建權(quán)重函數(shù)并提出一種加權(quán)奇異值保持策略，對(duì)觀測(cè)矩陣進(jìn)行加權(quán)重構(gòu)，從而構(gòu)建新的信號(hào)卷積模型；
15、稀疏先驗(yàn)正則化建模模塊，用于針對(duì)新的信號(hào)卷積模型，從正則化出發(fā)，利用目標(biāo)的稀疏特性，采用l1范數(shù)作為約束項(xiàng)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，將成像問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏重建的逆問(wèn)題求解；
16、迭代求解模塊，用于設(shè)計(jì)一種加速的迭代優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，迭代優(yōu)化算法在每次迭代中執(zhí)行梯度下降并結(jié)合軟閾值收縮操作，同時(shí)引入動(dòng)量項(xiàng)以加快收斂速度；
17、以及輸出模塊，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)求解完成后輸出基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像結(jié)果。
18、此外，在基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，該計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和一個(gè)或多個(gè)處理器。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可執(zhí)行代碼。當(dāng)處理器執(zhí)行可執(zhí)行代碼時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法。
19、此外，在基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序。
20、該程序被處理器執(zhí)行時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的步驟。
21、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
22、如上所述，本發(fā)明針對(duì)gnss回波信號(hào)，提出了一種基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法。本發(fā)明方法創(chuàng)新性地將矩陣壓縮、正則化建模與快速優(yōu)化算法相結(jié)合，形成了一套高效、穩(wěn)定的距離超分辨處理流程，利用快速距離超分辨成像技術(shù)對(duì)gnss回波數(shù)據(jù)進(jìn)行快速高分辨率成像。具體而言，在得到gnss回波信號(hào)的初步成像結(jié)果并給出其信號(hào)卷積模型形式后，首先通過(guò)奇異值分解對(duì)信號(hào)卷積模型中的觀測(cè)矩陣進(jìn)行降維處理，在加權(quán)奇異值保持策略處理結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用截?cái)鄿y(cè)量矩陣的逆矩陣重構(gòu)信號(hào)卷積模型；然后從正則化策略出發(fā)，利用目標(biāo)的稀疏特性引入l1范數(shù)約束構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；最后采用一種加速的迭代優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，原成像算法的距離向最佳分辨率為150m，經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后，距離向分辨率可提升至60m，從而顯著提升了gnss回波數(shù)據(jù)的距離向分辨率，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)近距離目標(biāo)的區(qū)分能力。本發(fā)明方法為gnss-r?sar的實(shí)用化提供了技術(shù)支撐。
1.基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法，其特征在于，
7.基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊：
8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和一個(gè)或多個(gè)處理器；在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可執(zhí)行代碼；其特征在于，當(dāng)處理器執(zhí)行可執(zhí)行代碼時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的步驟。
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序；其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的基于gnss-r?sar的快速距離超分辨成像方法的步驟。