1.一种合成孔径辅助的多通道雷达前视学习成像方法,具体步骤如下:S1、获取多通道雷达前视回波数据;S2、对步骤S1获取的数据距离向脉压;S3、选取高分辨率SAR图像进行裁剪以及选取随机生成的只有点目标的图像,得到150张64x64的图像作为原始场景,基于步骤S1、S2生成多通道回波数据,构建数据集,并将实孔径数据与原始场景形成回波-图像对,并划分为训练集与测试集;其中,训练集包括150张原始场景,测试集随机选取其他不存在于训练集中的图像;S4、搭建合成孔径辅助的多通道雷达前视成像网络并进行训练;S5、由待成像区域按照步骤S1-S2获取多通道雷达脉压后的回波信号,然后输入至步骤S4已训练好的多通道雷达前视成像网络中,得到合成孔径辅助的多通道雷达前视成像结果。
2.根据权利要求1所述的一种合成孔径辅助的多通道雷达前视学习成像方法,其特征在于,所述步骤S1具体如下:设定多通道雷达前视成像采用单发多收的通道配置,在一个xyz空间坐标系中,O表示坐标系的原点,平台运动方向为X轴,各通道均匀布置在Y轴上,高度方向为Z轴;多通道雷达平台以速度v r ,高度h沿X轴方向匀速直线飞行,形成长度为L s 的合成孔径,在平台上,各个通道沿Y轴方向均匀排列,发射通道T x 以预先设定的脉冲重复频率PRF发射信号,各个通道同时接收信号;设成像区域存在点目标P 1 (x 0 ,y 0 ,0),各通道坐标表示为(v r t a ,y m ,h),则各通道到目标P 1 的发射距离历史 和接收距离历史 表达式如下:其中,t a 表示慢时间,y m 表示第m个接收通道的方位坐标;则对于点目标,距离历史表达式如下:设定发射信号为线性调频脉冲,则回波信号表达式如下:其中,β 0 表示点目标散射系数,t r 表示快速时间,ω r 表示距离窗,K r 表示发射信号的调频斜率,λ表示波长,c表示光速。
3.根据权利要求1所述的一种合成孔径辅助的多通道雷达前视学习成像方法,其特征在于,所述步骤S2具体如下:回波信号经过距离匹配滤波器后,得到表达式如下:使用式(4)得到所有通道回波脉压后的结果,并加入噪声,则给定一个通道的合成孔径回波表达式如下:在给定的慢时间,多个通道的瞬时数据形成快拍或实孔径数据S 2 (y m ,t r ),表达式如下:得到合成孔径及实孔径两个维度回波信号,并加入噪声。
4.根据权利要求1所述的一种合成孔径辅助的多通道雷达前视学习成像方法,其特征在于,所述步骤S4具体如下:S41、搭建深度展开网络ISTA-Net;根据阵列信号处理的知识,若天线阵列由M个阵元组成,且N个窄带信号入射到空间阵列上,则一个距离单元中的第m通道的接收信号s m 表达式如下:其中,σ i 表示第i个目标的散射系数,f 0 表示发射信号的中心频率,n m 表示第m个通道的噪声,τ mi 表示第i个信号到达第m个通道时相对于参考阵元的延迟,即波程差,使用相同的网格来表示第i个目标的位置P(ρcosγ i ,ρsinγ i ),且第一个快拍的每个通道的位置表示为(0,y m ,h),则表达式如下:其中,ρ表示斜距,γ i 表示第i个目标的方位角,y 0 表示中间通道;则不同阵元的一个距离单元的回波表达式如下:式(9)写为矩阵形式,表达式如下:s=A·σ+n (10)其中,s表示一个距离单元的回波,n表示噪声向量,A表示导向矩阵;在给定输入回波s的情况下,首先ISTA-Net初始化估计结果 然后通过L层网络获得估计结果;其中,[·] T 表示矩阵的转置;然后利用估计结果与标签之间的差异设计损失函数,并通过反向传播,将损失函数的值作为反馈信号,连续调整网络中每层的权值;根据现有ISTA迭代公式,ISTA-Net在第l(1,2,3…L)层分为两个模块:线性模块R和非线性模块N,表达式如下:其中,r (l) 表示第l层的线性重建结果,β (l) 表示第l层中可学习的步长,正则化系数κ和β合并为一个参数V,即V (l) =κ (l) β (l) ,表示可学习的阈值;场景存在非稀疏的情况,则采用非线性变换函数F(·),表示观测场景固有特征的矩阵,包括:边缘、轮廓;然后,式(12)中的未知 计算表达式如下:其中, 表示F(·)的左逆,使得 表示Hadamard乘积,I表示单位算子; 和F均在网络的训练过程中学习和更新,且F包括ReLU分离的两个线性卷积算子;其中,预先设定滤波器数量为2N f ,且每个滤波器的大小为ω f ×ω f ,第一个卷积算子对应N f 个滤波器,第二个卷积算子对应于另一组N f 个滤波器;考虑雷达回波数据是复值,对矩阵矢量相乘进行分解,表达式如下:其中,Re(·)和Im(·)分别表示复数的实部和虚部;使用平均欧氏距离损失函数 表达式如下:对F(·)和 施加对称约束损失函数 表达式如下:则所述深度展开网络ISTA-Net端到端损失函数表达式如下:其中, 表示差异损失函数, 表示对称约束损失函数,G表示训练样本的总数,L表示网络总层数,η表示平衡 和 的权重参数;利用设计的损失函数,获得训练好的ISTA-Net,用于实孔径超分辨成像得到成像结果f ISTA_Net (ρ,γ);S42、合成孔径维度处理;根据回波模型式(5),采用反向投影BP算法对合成孔径数据进行处理,通过将雷达回波数据投影到成像区域的每个单元上,并将不同方位的值相干叠加,实现方位聚焦;根据BP成像原理,第i通道的成像结果f bp_i (ρ,γ,y i )表达式如下:其中,ρ表示斜距,γ表示方位角;S43、融合处理;在步骤S41与S42基础上,将合成孔径处理结果与实孔径ISTA-Net超分辨结果进行融合,得到最终的成像结果;且在同一网格上显示成像结果,则通过相乘来实现融合,获取无模糊前视成像结果f SAP_ISTA_Net (ρ,γ),表达式如下:f SAP_ISTA_Net (ρ,γ)=f bp_i (ρ,γ)·f ISTA_Net (ρ,γ) (19)。