本技术涉及一种利用矩阵补全技术的无网格层析SAR超分辨三维成像方法。该方法首先在数据域构建多通道观测矢量,接着基于邻域像素间的高程一致性假设,通过MMV技术实现图像重建,提高了成像精度和分辨率。
背景技术
作为一种全天时、全天候的主动式微波遥感探测系统,合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar,SAR)在地形测绘、环境监测和侦查等诸多领域得到了广泛应用。SAR利用雷达平台与目标的相对运动形成虚拟孔径,进而实现高分辨率成像。传统SAR成像获取的2维复图像实质为3维空间场景在2维平面上的投影,不可避免地会带来叠掩和几何失真等问题。对于同一场景,层析SAR(Tomographic SAR,层析SAR)基于在不同入射角下获取多幅2维SAR图像,可以重建场景目标的3维结构。
对于层析SAR而言,由于高程向孔径的限制,其高程维的分辨率通常远低于距离和方位维的分辨率。例如,机载SAR距离和方位维分辨率可达厘米和分米级,但高程维分辨率仅有几十米左右。因此如何有效提升高程维分辨率是推广层析SAR成像应用的一个关键问题。通常而言,观测场景在高程维具有稀疏分布特性,从而压缩感知(Compressed Sensing,CS)等超分辨成像方法具备可行性。但经典网格CS类算法一般通过预先设置好的过完备离散稀疏字典来表示信号的稀疏性,即假设所有散射体位于预先设计的网格上,不可避免会带来离散误差和稀疏正交基不匹配问题,超分辨成像性能有限。
为了进一步提高超分辨性能,可以通过无网格类约束的方式来利用信号的稀疏性,从而避免离散误差等问题。目前常用的无网格类约束方式包括原子范数最小化(AtomicNorm Minimization,ANM)和矩阵补全(Matrix Completion,MC)。目前,ANM已经在无网格层析SAR超分辨成像任务中得到了广泛的应用,但通常面临着运算复杂度高和数据均匀化的挑战相比之下,MC类方法目前还尚未应用于层析SAR成像任务中。根据MC理论,观测数据在数据域的低秩性实际上等价于CS方法中稀疏域的稀疏性,因此,通过此二元等价性,可在数据域上对目标观测信号进行低秩约束,从而避免离散稀疏基的限制。同时,相对于采用凸优化类算法求解ANM模型的常见做法,针对MC类问题已经提出了几种高效的非凸优化算法。这些非凸算法通常比基于交替方向乘子法等凸优化算法具有更高的求解效率。
实现思路