稀疏微波成像技術(shù)及其應(yīng)用

1、稀疏微波成像技術(shù)及其應(yīng)用第一研究室1. 前言微波成像是一種不可或缺的遙感技術(shù)，它在農(nóng)林監(jiān)測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、測(cè)繪制圖、軍事偵察等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代高分辨率微波成像技術(shù)以合成孔徑雷達(dá)（SAR：Synthetic Aperture Radar）為主，其特點(diǎn)為將雷達(dá)設(shè)備置于載機(jī)或衛(wèi)星等運(yùn)載平臺(tái)上，運(yùn)載平臺(tái)相對(duì)于地面場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，發(fā)射并接收電磁波。所獲得的回波經(jīng)過(guò)復(fù)雜的二維信號(hào)處理后，得到高分辨率的雷達(dá)圖像。SAR技術(shù)的出現(xiàn)始于上世紀(jì)五十年代，由美國(guó)Goodyear公司的科學(xué)家C. Wiley提出，其在方位向利用合成孔徑技術(shù)得到高分辨能力，因而得名“合成孔徑雷達(dá)”。上世紀(jì)50年代到70年代是SAR系

2、統(tǒng)發(fā)展的早期階段，早期SAR多為機(jī)載系統(tǒng)，1978年第一顆SAR衛(wèi)星美國(guó)SEASAT發(fā)射，成為SAR發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。SEASAT系統(tǒng)在典型模式下分辨率為25m，測(cè)繪帶寬為100km。在其后的數(shù)十年中，SAR技術(shù)在系統(tǒng)性能、應(yīng)用范圍等方面都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并具有極化SAR、干涉SAR、三維SAR等模式。1995年加拿大發(fā)射的RadarSat-1系統(tǒng)在典型模式下分辨率為30m，測(cè)繪帶寬為100km；2007年德國(guó)發(fā)射的TerraSAR-X系統(tǒng)典型分辨率為3m，測(cè)繪帶寬則為30km。隨著SAR系統(tǒng)的發(fā)展，其分辨率、測(cè)繪帶寬等性能指標(biāo)越來(lái)越高，但其系統(tǒng)的復(fù)雜度也不可避免的越來(lái)越高。回顧SAR技

3、術(shù)數(shù)十年的發(fā)展史，有兩個(gè)基本因素決定了SAR系統(tǒng)的性能微波成像理論和電子學(xué)器件性能。微波成像理論在五十年代就已出現(xiàn)，在其后的半個(gè)多世紀(jì)中，其理論雖不斷完善，卻沒(méi)有出現(xiàn)革命性的創(chuàng)新。實(shí)際上，支撐SAR系統(tǒng)性能數(shù)十年的快速發(fā)展的，是在摩爾定律下飛速發(fā)展的電子學(xué)材料與器件。然而電子器件的性能提高不是無(wú)限的，摩爾定律雖然帶來(lái)了電子產(chǎn)業(yè)數(shù)十年的繁榮，如今卻面臨瓶頸：由于量子效應(yīng)的顯現(xiàn)，人們?cè)诠栊酒阅艿倪M(jìn)一步提高上已經(jīng)面臨極限。此外，隨著系統(tǒng)性能的提高而不斷增加的雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜度，也為SAR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了越來(lái)越大的難度。但是，對(duì)高性能的SAR系統(tǒng)的需求卻不會(huì)停止，面對(duì)著系統(tǒng)復(fù)雜度的瓶頸，另外的辦法

4、就是“另辟蹊徑”在微波成像的理論上尋求突破。在微波成像理論中，有兩個(gè)基本的理論決定了雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度雷達(dá)分辨理論和奈奎斯特采樣定理。根據(jù)雷達(dá)分辨理論，SAR系統(tǒng)分辨率上限由雷達(dá)信號(hào)的帶寬決定。而根據(jù)奈奎斯特采樣定理，系統(tǒng)的實(shí)采樣頻率必須至少為兩倍的雷達(dá)信號(hào)帶寬。這就是說(shuō)，為了得到更高的SAR系統(tǒng)分辨率，就必須提高信號(hào)帶寬，系統(tǒng)采樣率也必須相應(yīng)提高，這就意味著更高的數(shù)據(jù)率和更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而使得SAR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)面臨困難。無(wú)論是雷達(dá)分辨理論、還是奈奎斯特采樣定理，都是普適性的理論，是不能違背的。唯一可行的辦法，是從微波成像的特殊性入手，冀望于微波成像的特性可以允許我們?cè)谀承┨厥馇闆r下突破

5、傳統(tǒng)雷達(dá)成像理論，建立新的微波成像理論并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。我們注意到，在很多情況下雷達(dá)場(chǎng)景和雷達(dá)圖像是具有很強(qiáng)的稀疏性的，即場(chǎng)景中只存在少數(shù)較強(qiáng)散射點(diǎn)（如圖1所示）。這種場(chǎng)景用數(shù)學(xué)的眼光看，構(gòu)成了一種典型的“稀疏信號(hào)”數(shù)學(xué)中描述大部分分量都是0的信號(hào)。從上世紀(jì)90年代至今，數(shù)學(xué)中已經(jīng)發(fā)展出了一套稱為“稀疏信號(hào)處理”的理論，可以針對(duì)高維稀疏信號(hào)進(jìn)行降維采樣并實(shí)現(xiàn)稀疏重建。于是，利用一些典型雷達(dá)場(chǎng)景的稀疏性，將稀疏信號(hào)處理理論引入微波成像中，就成為了非常自然的思路。 圖1 典型稀疏場(chǎng)景的雷達(dá)圖像稀疏信號(hào)處理理論至今仍在不斷發(fā)展、完善中，是近年來(lái)數(shù)學(xué)界和工程界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，但是其基本思想?yún)s有著很久遠(yuǎn)

6、的歷史，可以追溯到古老的“奧卡姆剃刀”原理：若無(wú)必要，勿增實(shí)體。根據(jù)稀疏信號(hào)處理理論，若一個(gè)信號(hào)在某種變換域中是稀疏的，那么這個(gè)信號(hào)可以用一組數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)小于原信號(hào)量的觀測(cè)值加以描述。在稀疏信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展是由美國(guó)數(shù)學(xué)家D. Donoho、E. Candes和陶哲軒（T. Tao）在2006年提出的“壓縮感知”（CS: Compressive Sensing）理論。根據(jù)壓縮感知理論，在采樣系統(tǒng)滿足某些要求的前提下，如果一個(gè)信號(hào)是稀疏的，那么這個(gè)信號(hào)可以由遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣定理要求的采樣率加以采樣，并從采樣值得到完美的重建。稀疏微波成像是指將稀疏信號(hào)處理理論系統(tǒng)性地引入微波成像并有機(jī)結(jié)合形

7、成的微波成像新理論、新體制和新方法，即通過(guò)尋找被觀測(cè)對(duì)象的稀疏表征域，在空間、時(shí)間、頻譜或極化域稀疏采樣獲取被觀測(cè)對(duì)象的稀疏微波信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理和信息提取，獲取被觀測(cè)對(duì)象的空間位置、散射特征和運(yùn)動(dòng)特性等幾何與物理特征。和傳統(tǒng)的SAR相比，稀疏微波成像系統(tǒng)在降低數(shù)據(jù)率、降低系統(tǒng)復(fù)雜度并提升系統(tǒng)成像性能等方面有著潛在的優(yōu)勢(shì)，也是近年來(lái)微波成像理論界一個(gè)研究前沿與熱點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有一批研究機(jī)構(gòu)和科學(xué)家開展了將稀疏信號(hào)處理理論引入雷達(dá)成像的研究。2007年，美國(guó)Rice大學(xué)的R. Baraniuk等人首次提出了可將壓縮感知理論引入雷達(dá)成像中。英國(guó)愛丁堡大學(xué)、美國(guó)馬里蘭大學(xué)、德國(guó)弗勞恩霍夫?qū)W會(huì)高頻物

8、理與雷達(dá)研究所（Fraunhofer FHR）、德國(guó)宇航局（DLR）等機(jī)構(gòu)也都開展了有關(guān)稀疏信號(hào)處理理論在SAR成像、目標(biāo)檢測(cè)以及三維成像等SAR應(yīng)用中的研究。國(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所、清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等單位也較早開展了相關(guān)的研究工作。2010年，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）的支持下，聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位組織開展“稀疏微波成像的理論、體制和方法研究”項(xiàng)目。該項(xiàng)目圍繞微波成像稀疏表征與變換域映射、微波成像稀疏觀測(cè)約束、稀疏微波成像非模糊重建等難點(diǎn)問(wèn)題，研究稀疏微波成像的基礎(chǔ)理論、數(shù)據(jù)獲取、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)壓縮與特征理解等內(nèi)容，在稀疏微波成像系統(tǒng)的概念和理論框架

9、、體制、算法、原理性驗(yàn)證方面取得原創(chuàng)性成果。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于航空和地面平臺(tái)的稀疏微波成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，獲取稀疏微波成像體制雷達(dá)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成稀疏微波成像的原理性驗(yàn)證。2. 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題稀疏信號(hào)處理是本世紀(jì)信號(hào)處理領(lǐng)域最活躍的分支之一。該分支的研究目標(biāo)是從原始信號(hào)中提取盡可能少的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)最大限度地保留原始信號(hào)中所含信息，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行有效的逼近和恢復(fù)。壓縮感知是稀疏信號(hào)處理近年來(lái)一個(gè)重要的理論突破，它的本質(zhì)是求解欠定方程的問(wèn)題。一般來(lái)講，方程中未知數(shù)的個(gè)數(shù)大于方程的個(gè)數(shù)，方程有無(wú)窮多個(gè)解。然而根據(jù)壓縮感知理論，當(dāng)方程解的非零元個(gè)數(shù)很少，也就是說(shuō)，方程解具有稀疏特性，并且方程組滿足某種

10、條件時(shí)，方程可以利用稀疏重構(gòu)方法求解（如圖2所示）。圖2 稀疏信號(hào)處理模型稀疏微波成像數(shù)據(jù)采集過(guò)程可以用一個(gè)線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表示，可以將回波采樣數(shù)據(jù)用觀測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)線性表出，即其中，為回波采樣數(shù)據(jù)，為稀疏微波觀測(cè)對(duì)象，這里的維數(shù)小于的維數(shù)，為微波成像系統(tǒng)觀測(cè)矩陣，為系統(tǒng)觀測(cè)噪聲。成像處理即是通過(guò)正則化算法、貪婪算法等稀疏重構(gòu)方法利用回波采樣數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行估計(jì)（如圖3所示）。圖3 稀疏微波成像模型示意圖將稀疏信號(hào)處理引入微波成像中主要存在以下難點(diǎn)：l 微波成像稀疏表征與變換域映射稀疏微波成像要求觀測(cè)對(duì)象具有稀疏特性，或者存在一個(gè)由稀疏基構(gòu)成的稀疏變換矩陣，使得地面場(chǎng)景在該矩陣下的系數(shù)為稀疏向量。微波

11、成像所觀測(cè)的對(duì)象，通常是地面場(chǎng)景或目標(biāo)，它們本身往往具有較強(qiáng)的相關(guān)性，即存在信息冗余，所以具有稀疏性。稀疏微波成像表征與變換域映射針對(duì)稀疏度不同的觀測(cè)場(chǎng)景，尋找相應(yīng)的稀疏變換矩陣，使被觀測(cè)對(duì)象在此稀疏基張成的空間中可稀疏表征，建立一般性稀疏表征規(guī)律和映射關(guān)系。l 微波成像稀疏觀測(cè)約束微波成像過(guò)程是在對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相干積累的基礎(chǔ)上，恢復(fù)出被觀測(cè)對(duì)象的微波圖像，其稀疏微波成像系統(tǒng)觀測(cè)矩陣由稀疏矩陣和微波成像系統(tǒng)觀測(cè)矩陣共同決定。因此，稀疏微波成像系統(tǒng)觀測(cè)矩陣的構(gòu)建必須考慮成像雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)及其約束條件。為實(shí)現(xiàn)稀疏微波成像，必須在微波成像的稀疏觀測(cè)約束條件的基礎(chǔ)上，利用其在空間、時(shí)間、頻譜、極化、或者

12、多維度聯(lián)合稀疏特性，研究基于稀疏微波成像系統(tǒng)觀測(cè)矩陣的數(shù)據(jù)獲取方法。l 稀疏微波成像非模糊重建稀疏微波成像非模糊重建需要在建立稀疏成像算子的同時(shí)，建立全采樣微波成像算子和稀疏成像算子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于觀測(cè)過(guò)程的線性降維，使得稀疏成像算子的構(gòu)建存在困難，屬于“不適定”問(wèn)題。同時(shí)，微波成像系統(tǒng)誤差、回波散射調(diào)制、噪聲等引起稀疏微波成像系統(tǒng)觀測(cè)過(guò)程的模型偏差，需解決這些因素對(duì)算法穩(wěn)健性的影響。此外，微波成像中海量數(shù)據(jù)獲取、凸優(yōu)化高維迭代帶來(lái)的大尺度稀疏微波成像優(yōu)化問(wèn)題數(shù)值求解難題。另外，稀疏微波成像的質(zhì)量評(píng)估也是一個(gè)難點(diǎn)。需要結(jié)合稀疏微波成像的特點(diǎn)，研究能有效衡量稀疏化成像性能的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)稀疏微波成

13、像定量分析和評(píng)估。3. 稀疏信號(hào)處理在SAR中的應(yīng)用3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀美國(guó)Rice大學(xué)的學(xué)者R. Baraniuk等人將壓縮感知技術(shù)引入雷達(dá)成像領(lǐng)域，他指出利用壓縮感知技術(shù)只需很少的觀測(cè)數(shù)據(jù)就能恢復(fù)具有稀疏特性的觀測(cè)場(chǎng)景。俄亥俄州立大學(xué)的L. Potter等學(xué)者研究了在雷達(dá)成像處理中采用稀疏重建算法以及隨機(jī)采樣策略。德國(guó)學(xué)者Ender從現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)的框架和應(yīng)用考慮出發(fā)，提出了基于壓縮感知的雷達(dá)系統(tǒng)從理論到實(shí)用所面臨的一些問(wèn)題并研究了包括脈沖壓縮、來(lái)波方向估計(jì)以及逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）成像等一些潛在應(yīng)用。馬里蘭大學(xué)的V. Patel等人根據(jù)聚束式SAR成像特點(diǎn)研究了基于壓縮感知重建算法與降

14、采樣策略結(jié)合的聚束式SAR成像方法。西班牙的M. Alonso等人初步研究了壓縮感知技術(shù)在距離向壓縮后條帶式SAR中的應(yīng)用。目前，從公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)在相關(guān)領(lǐng)域尚未開展系統(tǒng)性研究。3.2 稀疏微波成像研究成果介紹稀疏成像的研究結(jié)果表明：利用稀疏微波成像的信號(hào)處理方法可應(yīng)用于現(xiàn)有雷達(dá)數(shù)據(jù)并提高其圖像質(zhì)量；利用稀疏微波成像的工作原理可以設(shè)計(jì)性能更優(yōu)的成像雷系統(tǒng)；另外，利用分布式壓縮感知技術(shù)可以進(jìn)一步降低多通道雷達(dá)的數(shù)據(jù)量及系統(tǒng)復(fù)雜度。l 稀疏微波成像信號(hào)處理方法應(yīng)用于現(xiàn)有雷達(dá)數(shù)據(jù)并提高其圖像質(zhì)量。中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所提出直接從原始數(shù)據(jù)域進(jìn)行稀疏微波成像框架，如圖4（a）所示，直接從原

15、始數(shù)據(jù)域進(jìn)行稀疏微波成像可以對(duì)滿/降采樣的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行非模糊重建，才能真正降低微波成像系統(tǒng)的復(fù)雜度。而基于距離向壓縮后數(shù)據(jù)域的壓縮感知成像方法，如圖4（b）所示，需要對(duì)滿采樣的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如距離壓縮、距離徙動(dòng)校正等，兩維解耦后再進(jìn)行重建，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。直接從原始數(shù)據(jù)域利用稀疏微波成像算法進(jìn)行場(chǎng)景重建面臨計(jì)算量大的困難。針對(duì)該問(wèn)題中科院電子所與西安交通大學(xué)的合作，提出了基于回波模擬算子的稀疏微波成像算法快速實(shí)現(xiàn)，該算法對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二維解耦，使計(jì)算效率由N2提高至N*log（N），其計(jì)算量與現(xiàn)有雷達(dá)成像算法計(jì)算量相當(dāng)，從而使稀疏微波成像算法應(yīng)用于現(xiàn)有雷達(dá)數(shù)據(jù)處理成為可能。利用

16、稀疏微波成像算法不但可以在降采樣的條件下重建稀疏目標(biāo)場(chǎng)景，如圖5所示，也可以在滿采樣的條件下重建非稀疏目標(biāo)場(chǎng)景，如圖6所示。與傳統(tǒng)基于匹配濾波算法的成像結(jié)果相比，抑制了強(qiáng)目標(biāo)的旁瓣，改善了目標(biāo)的分辨能力，提高圖像質(zhì)量。利用稀疏微波成像算法還可以解決傳統(tǒng)成像中不可避免的模糊問(wèn)題，減少虛假目標(biāo)出現(xiàn)概率，有助于雷達(dá)圖像的目標(biāo)解譯。該方法是通過(guò)結(jié)合天線方向圖信息構(gòu)造觀測(cè)模型，并且利用稀疏微波重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的模糊抑制成像，如圖7所示。(a)(b)圖4（a）中科院電子所提出的基于SAR原始數(shù)據(jù)域距離/方位聯(lián)合重建的稀疏微波成像方法。（b）基于SAR距離向壓縮后數(shù)據(jù)域的壓縮感知成像方法。(a) (b

17、)圖5 RADARSAT-1的艦船目標(biāo)的SAR圖像。（a）稀疏微波成像方法結(jié)果，11%降采樣。（b）傳統(tǒng)距離多普勒算法結(jié)果，100%采樣，即滿采樣。圖6 RADARSAT-1復(fù)雜場(chǎng)景的SAR圖像。（a）稀疏微波成像方法結(jié)果，100%采樣。（b）矩形框內(nèi)的稀疏微波成像方法結(jié)果，100%采樣。（c）矩形框內(nèi)的傳統(tǒng)距離多普勒算法結(jié)果，100%采樣。 (a) (b)圖7 稀疏微波成像方位模糊抑制示意圖。（a）稀疏微波成像方法結(jié)果及其方位向目標(biāo)截面的幅度圖；（b）距離多普勒算法結(jié)果及其方位向目標(biāo)截面的幅度圖；(a) (b) (c)圖8 中科院電子所地基實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于稀疏微波成像的場(chǎng)景變化檢測(cè)示意圖。（a）

18、場(chǎng)景變化前后的兩次觀測(cè)；（b）單通道壓縮感知成像，45%采樣；（c）分布式壓縮感知成像，45%采樣。l 稀疏微波成像原理設(shè)計(jì)性能更優(yōu)的成像雷系統(tǒng)海洋目標(biāo)觀測(cè)是稀疏微波成像應(yīng)用的一個(gè)典型例子，海面場(chǎng)景目標(biāo)可認(rèn)為具備稀疏特性，在這種條件下，利用稀疏微波成像原理可以設(shè)計(jì)更高分辨能力和更寬測(cè)繪帶寬的雷達(dá)系統(tǒng)，以滿足應(yīng)用需求。l 分布式壓縮感知技術(shù)進(jìn)一步降低多通道雷達(dá)的數(shù)據(jù)量及系統(tǒng)復(fù)雜度。中科院電子所研究人員提出，分布式壓縮感知技術(shù)可應(yīng)用于存在信息冗余的多通道雷達(dá)系統(tǒng)，如多通道運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，目標(biāo)變化檢測(cè)等。在順軌干涉運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中，若運(yùn)動(dòng)目標(biāo)作為更新分量是稀疏的，則分布式壓縮感知運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)能夠利用

19、更少的采樣數(shù)，獲得與滿采樣傳統(tǒng)技術(shù)相同的結(jié)果。在場(chǎng)景變化檢測(cè)中，多次觀測(cè)的數(shù)據(jù)等效形成多通道信號(hào)，若場(chǎng)景變化較少，則通道間信號(hào)的更新分量就是稀疏的，利用分布式壓縮感知可以采集更少的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景重建和目標(biāo)變化檢測(cè)。中科院電子所地基實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于稀疏微波成像的場(chǎng)景變化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣降采樣比的條件下，利用分布式壓縮感知技術(shù)可以獲得更好的變化檢測(cè)效果，如圖8所示。4.應(yīng)用近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外單位對(duì)稀疏信號(hào)處理在雷達(dá)相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用開展了廣泛的研究，研究領(lǐng)域包括：三維SAR、逆SAR、探地/穿墻雷達(dá)、寬角/圓跡、MIMO雷達(dá)、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等。l 三維SAR三維SAR（3D-SAR），也被稱為層析SAR（

20、TomoSAR：Tomographic SAR），它將傳統(tǒng)的二維成像SAR擴(kuò)展到了三維。在實(shí)際三維SAR應(yīng)用中，其高程維分辨率遠(yuǎn)低于另外兩個(gè)維度的分辨率，影響了三維圖像效果。由于目標(biāo)散射特性在高程維是稀疏的，因此稀疏信號(hào)處理理論可應(yīng)用于高程向的超分辨成像。目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)將這種超分辨成像方法成功應(yīng)用在TerraSAR-X、COSMO-SkyMed、ERS1/2、GOTCHA和地基等數(shù)據(jù)集上。 (a) (b)圖9 TomoSAR稀疏成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果(a) 2009年DLR對(duì)拉斯維加斯地區(qū)建筑物的TomoSAR稀疏重建結(jié)果 (b) 2009年中科院電子所的仿真三維稀疏成像結(jié)果l 逆SAR逆SAR（

21、ISAR：Inverse SAR）在觀測(cè)過(guò)程中，雷達(dá)平臺(tái)固定，而被觀測(cè)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，它常用于觀測(cè)天空目標(biāo)如飛機(jī)、海洋目標(biāo)如艦船等。這些目標(biāo)相對(duì)于背景具有天然的稀疏性，因此稀疏信號(hào)處理理論可以很自然地應(yīng)用于ISAR成像。近年來(lái)，美國(guó)馬里蘭大學(xué)、德國(guó)Fraunhofer FHR、國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等單位都已開展了相關(guān)研究，并應(yīng)用于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理。 (a) (b)圖10 ISAR稀疏成像結(jié)果。(a) 2010年Fraunhofer FHR對(duì)TIRA衛(wèi)星的ISAR稀疏成像結(jié)果。(b) 2010年西安電子科技大學(xué)對(duì)Yak飛機(jī)ISAR稀疏成像結(jié)果。l 探地/穿墻雷達(dá)探地雷達(dá)（GPR：Ground

22、 Penetrating Radar）是一種地下目標(biāo)高分辨率無(wú)損傷探測(cè)技術(shù)，主要用于檢測(cè)并定位地球表面下或一個(gè)不透明實(shí)體內(nèi)的目標(biāo)或介面。在地下目標(biāo)稀疏的條件下，可以將稀疏信號(hào)處理理論引入到探地雷達(dá)成像，且可抑制雜波。穿墻雷達(dá)（TWRI：Through-the-Wall Radar Imaging）在原理上和探地雷達(dá)頗為接近，因此稀疏信號(hào)處理理論同樣可應(yīng)用于該領(lǐng)域。 (a) (b)圖11 探地雷達(dá)和穿墻雷達(dá)稀疏成像結(jié)果。(a) 2009年土耳其TOBB University of Economics and Technology土耳其Gurbuz等人對(duì)地下目標(biāo)GPR稀疏成像結(jié)果 (b) 2010年中科院電子所穿墻雷達(dá)目標(biāo)稀疏成像結(jié)果l 寬角/圓跡SAR寬角SAR（WASAR：Wide Angle SAR）是指在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中雷達(dá)在方位向跨越一個(gè)很寬的角度范圍，以獲得更高的方位向分辨率以及更多的目標(biāo)方位角散射信息。由于實(shí)際目標(biāo)后向散射系數(shù)通常是各向異性的，傳統(tǒng)的SAR成像方法并不適合對(duì)寬角SAR進(jìn)行成像。稀疏微波成像理論可以為這一問(wèn)題提供解決思路。作為寬角SAR的