基于压缩感知的ISAR高分辨成像算法

针对 ISAR 在短孔径条件下存在的方位向分辨率低、易受噪声干扰等问题,基于压缩感知理论,提出了一种适用于短孔径时间模式下的基于压缩感知的ISAR方位向高分辨成像算法--PH-SL0算法。该算法首先构建部分随机化哈达玛矩阵作为量测矩阵,PH 矩阵具有重构精度高、重构需要量测个数少的优点;然后将运算速度快、重构精度高且稳健性好的平滑0-范数法（SL0, smoothed L0-norm）推广应用到雷达复数域进行信号重构,实现 ISAR的横向高分辨成像;最后对在短 CPI条件下提出的 PH-SL0算法的横向分辨率问题进行了理论分析。仿真和实测数据结果表明,所提算法具有更高的聚焦性能、分辨率以及较好的抗噪性能。     

一种基于单像素相机的压缩感知图像重建优化算法

基于压缩感知图像重构和单像素相机成像的基本原理,对单像素成像系统中的图像重建算法进行了改进优化。基于最小范数类优化算法,结合凸优化算法和非凸优化算法各自的优点,设计了一种逼近L₀范数的数学模型,从而实现了从凸优化向非凸优化算法的迭代逼近,即逼近光滑L₀范数算法。该新型算法以更高的效率和更大的概率逼近原始信号全局最优且尽可能稀疏的解。相较于传统压缩感知图像重建的贪婪类算法和最小范数类算法,该算法使压缩感知重建图像的质量和单像素相机的成像效果均得到了有效提升,并通过实验仿真和实际场景的成像实验验证了该优化算法的可行性。     

压缩感知ISAR成像的全变差优化最小算法

对于逆合成孔径雷达(ISAR)目标成像,从少量压缩测量回波数据重建高分辨率运动目标是不适定问题,且观测噪声也会影响重建结果。在频率步进连续波 ISAR系统回波观测模型基础上,结合压缩感知原理,给出了一种基于全变差正则化的 ISAR压缩感知成像模型,通过将该优化模型转化为一系列简单代理函数进行求解,提出了一种快速优化最小算法。最后在不同回波信噪比条件下进行仿真验证。实验结果表明,当回波信噪比大于10 dB 时,本文方法明显优于距离-多普勒算法和基于L1范数的压缩感知成像方法。     

基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法

针对穿墙雷达(TWR)成像过程中墙杂波与成像空间分别具有低秩性和稀疏性的特点,提出了一种基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法.所提成像算法通过奇异值软阈值法和l1范数最小化技术进行迭代求解低秩稀疏约束优化问题,实现在墙体强反射波存在的探测环境中基于压缩感知框架对墙后隐蔽目标的准确成像重建.仿真和实验数据的处理结果验证了所提成像算法的有效性和准确性.     

压缩感知雷达成像技术综述

压缩感知理论突破了传统Nyquist采样定理的限制,它基于信号的稀疏性、测量矩阵的随机性和非线性优化算法完成对信号的压缩采样和重构.这种全新的信号处理理论为克服传统雷达固有缺陷,解决传统高分辨雷达面临的高采样率、大数据量和实时处理困难等问题提供了可能.本文概述了压缩感知基本理论,详细讨论了基于压缩感知的雷达成像技术,对压缩感知在高分辨雷达成像领域中的研究现状进行了归纳和分析,应用对象包括SAR/ISAR、穿墙雷达、MIMO雷达、探地雷达等,充分体现了压缩感知在简化雷达硬件设计、弥补雷达数据缺陷、改善雷达成像质量等方面的巨大潜力,明确了研究中存在的问题,阐述了有待进一步研究的方向,并总结了压缩感知用于雷达成像的优势和缺陷.     

冲击噪声下基于混合LL2 -L1 优化求解的CSR 参数估计

针对冲击噪声环境下压缩感知雷达参数估计性能急剧下降的问题,提出一种新的鲁棒性参数估计方法。首先,根据压缩感知雷达参数估计的稀疏线性模型,基于Lorentzian 范数和L1 范数稀疏正则化构造冲击噪声背景下稀疏重构的混合LL2-L1 范数优化模型;然后,利用迭代加权最小二乘法和阈值收缩函数推导上述模型优化求解的一步迭代公式;最后,从理论上对文中算法的收敛性进行证明,并给出算法计算复杂度的定量分析。计算机仿真实验表明,文中算法在冲击噪声下支撑集的重构更精确、重构信号的精度更高、重构的计算量更小。     

基于压缩转发的协作MIMO雷达成像算法

以实现地面目标的快速、高分辨率成像为目的,本文提出了一种基于压缩感知和协作通信技术的解决方案.在分析压缩感知理论和传统协作MIMO雷达成像算法的基础上,提出了基于匹配滤波器的协作MIMO雷达回波信号的稀疏表示方法和用于恢复重构的基函数,并建立了基于压缩转发的协作MIMO雷达系统模型.该系统主要由收发雷达、转发节点和压缩感知成像处理中心组成,转发节点利用模拟/信息转换(AIC)测量框架将雷达回波数据压缩后转发,压缩感知成像处理中心接收到各转发节点转发的数据后,利用正交匹配追踪算法(0MP)进行距离向压缩和方位向压缩,从而实现快速、高分辨率成像.仿真结果表明,该方法比传统MIMO雷达对各转发节点的传输负荷要求低,成像速度快,目标旁瓣低,成像效果好.     

基于压缩感知的探地雷达成像算法研究

压缩感知理论通过从一系列非自适应线性测量中求解一个凸L_1最小化问题,从而对稀疏信号进行重构。该文基于压缩感知理论对宽带合成孔径雷达成像,利用空间目标信号成像的稀疏性,提出了一种全新的低采样率数据采集重构算法。此算法在获取雷达信号原始数据时采用压缩感知的算法,减少了原始信号数据的采样量,并且用少量的测量数据和测量孔径获得重建测量目标的信息。最后将此算法与传统的反投影成像进行了比较,其仿真试验数据表明,基于压缩感知的探地雷达成像算法比传统反向投影算法成像效果好,且所需数据量少。     

基于改进反余切函数的近似L0范数的重构算法

重构算法是压缩感知理论应用于实际的关键。其中 ,近似L0范数算法是通过选取一个 连续的平滑函数近似逼近L0范数,从而将离散的最小化L0范数问题转为平滑函数求最优值问 题。针对现有算法精度不高的缺点,采用了一种逼近程度更高的改进反余切函数族来近 似L0范数,并采用修正阻尼牛顿法求解。该算法结合了近似零范数算法的高收敛性和牛顿法 的高效寻优,获得了精度较高的重构信号。仿真实验表明,在不同压缩比下,该算法在一维 信号重建和二维图像重建的过程中,较SL0算法、NSL0算法和AL0算法的信噪比和重构精度都 有了较大的提升,提高了同等条件下信号恢复的质量,有效地改善了重建效果。     

压缩感知理论与非凸优化方法研究

针对某些信号带宽较宽导致难以直接采样的问题,压缩感知理论提供了一种可行的低速采样方法。信号在特定变换域中拥有稀疏表示,通过低速采样得到少量的投影值,已经包含了重构所需的重要信息。利用压缩感知理论从投影值中重构出稀疏向量,进而重建原信号。同时介绍一种基于非凸优化的压缩感知重构算法。相比L1范数的凸优化和无稀疏约束的L2范数,非凸优化的Lp范数拥有对稀疏性更强的约束。实验结果表明,使用压缩感知理论可以显著降低对信号的采样速率,而使用非凸优化算法可以取得更好的重构效果。     

基于平滑l_0范数的压缩感知近场声全息方法

传统平面近场声全息(CPNAH)是一类典型的不适定问题,采用波数域滤波或Tikhonov正则化等方法都无法彻底解决,因此,提出一种基于平滑l_0范数的压缩感知平面近场声全息法(SL0-CS-PNAH)。根据全息面上测量声压的特点,采用symlets8小波函数构建正交小波变换矩阵,将其作为重建面质点法向振速的稀疏基。将CPNAH中使用的瑞利(Rayleigh)第一积分公式离散化,确定SL0-CS-PNAH中满足约束等距原则的测量矩阵,设置合适的压缩比,利用测量矩阵对稀疏信号进行压缩采样。在由感知矩阵、全息面测量声压和稀疏向量共同构成的约束条件下,建立稀疏向量的最小l_0范数优化模型,采用平滑l_0范数重建算法求解此模型下的最优化问题,得到质点法向振速的最优稀疏解,再将最优稀疏解和稀疏基相乘恢复重建面质点法向振速。在数值仿真实验中,将测量点由64×64减少到32×64的情况下将传统CPNAH、基于正交匹配追踪算法的压缩感知近场声全息(OMPCS-PNAH)、基于子空间追踪算法的压缩感知近场声全息(SP-CS-PNAH)和SL0-CS-PNAH进行比较。实验结果表明,在相同采样率和压缩比条件下,采用SL0-CS-PNAH的声场重建质量较好且重建效率较高。     

基于非均匀FFT的压缩感知雷达信号快速重构方法

雷达信号处理是压缩感知理论重要的应用方向之一,基于压缩感知的雷达信号处理可以降低对回波信号的采样速率要求,并且在部分应用中也可改善处理性能.然而,压缩感知重构算法的计算复杂性限制了压缩感知理论在实际雷达信号处理中的应用,尤其是大尺度雷达数据的处理.本文提出了一种基于压缩感知的雷达信号快速重构方法,利用均匀和非均匀快速傅里叶变换运算实现了常规压缩感知重构算法中的矩阵-向量乘法运算,有效降低了重构算法的计算复杂度,加快了压缩感知雷达信号的重构速度.同时,由于引入了快速傅里叶变换运算,该方法消除了大多数常规重构算法对感知矩阵的存储需求.仿真实验验证了该方法的可行性和高效性.     

基于压缩感知的矩阵型联合SAR成像与自聚焦算法

模型准确情况下,压缩感知在合成孔径雷达成像中得到良好应用;但在实际情况中,模型会存在一定误差,这些误差造成图像偏离真实位置、引起散焦降低成像质量.本文提出一种矩阵型联合CS-SAR成像与自聚焦算法,该算法在CS-SAR成像重构方法方面,基于光滑l₀范数方法提出了矩阵型正则化光滑l₀范数重构方法,该方法具有较强容错能力并能直接重构矩阵型信号,能克服现有联合CS-SAR成像与自聚焦算法在计算效率方面的缺陷.最后,通过仿真验证了所提算法的有效性.     

基于压缩感知的多发多收高分辨SAR成像算法研究

压缩感知理论指出,稀疏信号可以通过以低于奈奎斯特采样的测量数据重建出原始信号。针对高分辨率SAR成像在奈奎斯特理论下所面临的高速A／D采样、大数据量存储、传输等问题挑战。本文提出了一种基于压缩感知理论的多发多收高分辨率SAR二维成像算法。该算法减轻了高分辨率SAR成像的压力,采用压缩感知处理降低了A／D采样速率、数据量...     

用于压缩感知信号重建的SL0改进算法

SL0算法是一种基于近似l₀范数的压缩感知信号重建算法,其思想是用一个光滑函数来近似l₀范数,然后求解一个优化问题。目前采用的光滑函数都是高斯函数族,文中突破了以往采用高斯函数族近似l₀范数,提出了采用复合三角函数作为近似估计l₀范数的函数,然后结合修正牛顿法和阻尼牛顿法提出一种更精确的重建算法DNSL0。实验结果表明,在相同测试环境下,DNSL0算法在峰值信噪比和匹配度方面比SL0算法和NSL0算法都有了大幅提高。     

编队卫星合成孔径雷达空时二维压缩感知成像

以减小编队小卫星数据传输负荷,加快编队小卫星合成孔径雷达(SAR)成像速度为目的,提出了一种基于空时二维压缩感知(CS)理论的解决方案。通过对编队小卫星SAR回波信号模型稀疏性的研究与分析,提出了一种基于该回波模型的空时二维压缩算法。在此基础上建立了编队小卫星SAR的回波稀疏模型和目标信息的重构矩阵,并用最小l1范数算法对压缩后的数据进行了时间维和空间维的恢复重构,实现了编队小卫星的低负荷、快速成像。通过仿真分析,验证了该方案的有效性。     

基于截断修正平滑l0范数的MIMO雷达目标参数估计

在多输入多输出(MIMO)雷达中,针对平滑l0范数(SL0)因感知矩阵的病态性而导致其失效的问题,提出了一种基于截断修正SL0的MIMO雷达目标参数估计方法.该方法在对MIMO雷达感知矩阵进行截断奇异值分解(TSVD)处理的基础上,将保留的奇异值以均值为截断门限,分成较大和较小的两部分,分别采用不同的修正准则进行修正;然后经奇异值分解(SVD)反变换获得非病态感知矩阵,利用该非病态感知矩阵通过SL0算法对MIMO雷达目标参数进行估计,从而显著提高了MIMO雷达目标参数估计的精度和速度.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于波形选择的MIMO雷达三维稀疏成像与角度误差校正方法

该文研究稀疏目标场景下,波形选择对基于压缩感知理论的MIMO雷达成像效果的影响并提出一种改进的成像角度误差校正方法。首先分析了模糊函数和压缩感知匹配字典的相关系数之间的关系;然后,在空间小角度域情况下,针对成像场景中的角度误差,提出一种改进的基于迭代最小化的稀疏学习(SLIM)算法进行校正。仿真结果表明,选择具有较低旁瓣模糊函数的发射波形可以提高成像质量,改进的SLIM算法可以有效补偿角度误差。     

基于SL0压缩感知信号重建的改进算法

SL0算法是一种基于近似L0范数的压缩感知信号重建算法,它采用最速下降法和梯度投影原理,逐步逼近最优解,具有匹配度高、重建时间短、计算量低、不需要信号的稀疏度这个先验条件等优点。但是,它的迭代方向为负梯度方向,存在"锯齿效应",并且SL0算法及其改进算法(NSL0)中的连续函数"陡峭性"不大,使近似L0范数的估计不精确、收敛速度慢。本文采用"陡峭性"大的近似双曲正切函数,结合修正牛顿法和阻尼牛顿法,提出一种更快速高效的信号重建算法(ANSL0)。数值计算结果表明,在相同的条件下,相比SL0和NSL0算法,ANSL0算法在匹配度、峰值信噪比和信噪比方面都有了较大提高。