稳健型双层叠组LASSO逆合成孔径雷达高分辨成像算法

经典的逆合成孔径雷达(ISAR)稀疏成像算法一般通过求解范数约束的最小化问题获取稀疏恢复结果,e1但此类算法在恢复过程中很容易将某些散射强度较低的分辨单元当作背景噪声一并消除,从而导致目标部分弱散射结构特征丢失.针对这一问题,该文提出一种基于稳健型双层叠组LASSO回归模型的交替方向多乘子算法(RTGL-ADMM).该...     

稳健型双层叠组LASSO逆合成孔径雷达高分辨成像算法

经典的逆合成孔径雷达(ISAR)稀疏成像算法一般通过求解范数约束的最小化问题获取稀疏恢复结果,e1但此类算法在恢复过程中很容易将某些散射强度较低的分辨单元当作背景噪声一并消除,从而导致目标部分弱散射结构特征丢失.针对这一问题,该文提出一种基于稳健型双层叠组LASSO回归模型的交替方向多乘子算法(RTGL-ADMM).该算法在ISAR目标稀疏先验的基础上,进一步引入目标散射体空间连续性结构特征先验知识,并应用e1/eF混合范数进行定量表征.接下来,在ADMM框架下引入非平滑的e1/eF混合范数惩罚项,并将距离向和方位向雷达回波复数据分别进行分组处理后再使其双层叠加,然后对混合范数对应的邻近算子进行对偶迭代运算,实现"分解-协同"框架下结构与组稀疏特征的有机调和,从而在对ISAR数据稀疏成像的同时实现结构特征增强.实验验证采用ISAR仿真复数据与Yak-42实测数据,针对RTGL-ADMM成像进行定性分析.继而采用相变曲线图定量分析RTGL-ADMM在不同参数调节下的成像能力,从而验证了该文所提算法应用于ISAR高分辨成像时的稳健性与优越性.     

基于交替方向乘子法的Capon层析SAR成像方法

合成孔径雷达（Sythetic Aperture Radar, SAR）层析成像（TomoSAR）是一种多基线干涉测量技术,可沿垂直于视线（Perpendicular to the Line?Of?Sight, PLOS）方向估计功率谱图（Power Spectrum Pattern, PSP）即后向散射系数,从而实现三维成像。本文提出一种改进的波束形成优化算法,在双约束鲁棒Capon波束形成算法（Doubly Constrained Robust Capon Beamforming, DCRCB）的基础上,结合L1范数的约束函数,构建交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM）的代价函数,将DCRCB恢复的后向散射系数进行进一步稀疏优化,实现层析SAR的三维成像。ADMM算法以增广拉格朗日算法为基础,将较为复杂的全局求解问题转换为两个或多个更易求解的简单局部子问题。ADMM算法在迭代中,各子问题可分别完成稀疏重构和降噪运算,被分离的局部子问题代数式都较为简单,均能较容易地求出确定的解,且不必对其进行收敛运算与约束操作。因此,ADMM算法具有重建精度高的优势。本文采用2021年中国科学院空天信息创新研究院发布的山西运城地区的8通道机载阵列干涉SAR数据进行了实验验证,实验结果验证了算法的有效性。     

压缩感知中基于快速交替方向乘子法的l0-正则化信号重构

该文将压缩感知(CS)中信号的重构问题归结为求解l0-正则化问题,针对l0-正则化问题求解比较困难,提出了快速交替方向乘子法(FADMM)。该算法首先将信号的稀疏域的l0-正则化问题通过变量分裂技术转化为约束优化问题;然后引入乘子函数,采用一步Gauss-Seidel思想,对优化问题中的变量极小化;为了加快算法的收敛速度,对变量进行了二次更新,并更新了乘子;最后进行反正交变换,实现对原始信号的重构。将FADMM应用于含噪声图像的重构,进行了仿真实验及对实验结果进行了分析。实验结果表明:FADMM具有更高的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)和更快速的收敛速度。     

基于压缩感知的干涉逆合成孔径雷达成像研究

为解决传统运动目标逆合成孔径雷达图像不能对目标定位的问题,提出了一种基于压缩感知技术的干涉逆合成孔径雷达运动目标成像方法.介绍了将压缩感知理论引入到运动目标逆合成孔径雷达成像模型中的方法,研究了压缩感知逆合成孔径雷达复图像的相位误差和信噪比的关系,在此基础上,给出了基于压缩感知的干涉逆合成孔径雷达运动目标干涉测角定位方法实施流程.通过计算机仿真和实际数据处理结果验证了所提方法对运动目标成像定位的有效性. 本文的研究成果扩展了压缩感知理论在逆合成孔径雷达中的应用前景。     

低秩矩阵补全高分辨SAR成像特征重建

在对抗电磁环境中,机载合成孔径雷达(SAR)容易受到电子干扰,造成若干回波脉冲不可用,导致SAR回波部分数据丢失,成像性能受限。由此,该文提出了一种基于低秩矩阵补全的特征重建SAR(FR-SAR)成像算法。考虑到SAR回波数据的低秩特性,引入矩阵分解获取行或列的非零数,应用因式组稀疏正则化(FGSR)算法对非零列数取凸优化,可获取SAR回波数据之间的相关性,从而实现SAR回波数据的补全。同时为了提升该算法的抑噪声性能和高分辨能力,将稀疏先验引入正则化模型。利用交替方向多乘子法(ADMM)实现矩阵补全和稀疏特征增强协同求解。FR-SAR算法由于未使用奇异值分解(SVD),运算效率更高。仿真和实测实验验证了FR-SAR算法的有效性,同时利用相变分析方法(PTD)对所提算法和传统算法的恢复能力进行定量对比,均验证了FR-SAR算法的优越性。     

应用于非负稀疏信号重构的交替方向乘子法

非负稀疏信号在欠定线性观测条件下的重构效果不理想,仍有进一步提高的余地。文中将非负稀疏信号重构建模为线性规划问题,在交替方向乘子法的框架下得到了具有闭合解形式的优化算法,且算法复杂度较低。为了进一步增强重构信号的稀疏性,提出了迭代加权线性规划算法,通过对权值向量和重构信号交替优化提高了重构准确率。实验仿真验证了算法的有效性,针对随机生成信号和实际语音能量谱这两类非负稀疏信号均取得了较好的重构效果,重构性能优于目前一些流行的稀疏重构算法。      

基于变量节点更新的交替方向乘子法 LDPC惩罚译码算法

基于交替方向乘子法(ADMM)的改进惩罚函数LDPC译码算法能够提升译码性能,但其所需优化参数过多且性能提升有限。针对该问题,将该算法与其它带有惩罚函数的译码算法比较后发现,两者的不同之处仅在于译码算法中变量节点的更新规则不同。因此,该文通过构造一种新的变量节点的更新方法去减少优化参数数目并提升译码性能。实验仿真表明,相较于原有算法,该文所提算法有效减少了所需优化的参数数目,此外,所提算法的平均迭代次数更少且能实现约0.1 dB的性能提升。     

基于多输入多输出合成孔径雷达的二维混合基线抗欺骗干扰方法

针对距离延时和方位多普勒频率调制两类合成孔径雷达(SAR)欺骗干扰问题,该文提出一种基于多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的2维混合基线抗欺骗干扰方法。该方法采用基于MIMO-SAR的相位编码方案,使得多通道信号正交,利用多维相位信息识别欺骗干扰,通过相位补偿抑制干扰目标,从而提升雷达抗欺骗干扰能力。该文采用雷达抗干扰改善因子进行定量效果评估,在平台空间受限的条件下,该文方法比传统单发多收系统的雷达抗干扰改善因子提升3倍。仿真实验结果证明了该方法的有效性与正确性。      

基于交替方向乘子法的频率-码型联合捷变波形优化设计

针对频率-码型联合捷变雷达信号脉压后存在的距离维旁瓣过高问题,采用基于模糊函数模型下的积分旁瓣(ISL)作为衡量波形优化效果的量化指标,推导了频率-码型联合捷变雷达信号及其模糊函数表达式,建立了以最小化ISL为准则的波形优化设计模型,并采用交替方向乘子法对模型进行求解.仿真结果表明该算法在实现波形优化的同时,在优化效果...     

基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

为了提高多输入多输出(MIMO)雷达三维成像沿运动方向的方位分辨率,该文从多快拍图像联合利用的角度入手,提出一种新的多输入多输出-逆合成孔径雷达(MIMO-ISAR)三维成像方法。其基本思路是通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个单快拍三维图像进行相干处理,沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。仿真实验结果表明,与单快拍三维成像方法相比,该方法可以显著提高成像结果沿运动方向的方位分辨率;与现有基于重排和插值的经典MIMO-ISAR方法相比,该方法对慢速和快速运动目标均适用,得到的成像结果聚焦良好并能够有效抑制沿运动方向的旁瓣。      

双基地ISAR成像分析

在建立远场条件下双基地ISAR转台模型的基础上,阐述了双基地ISAR的成像原理。针对双基地ISAR系统中相对转角计算复杂的问题,给出了一种利用合多普勒带宽计算双基地ISAR方位分辨率的方法。详细分析了双基地ISAR系统的收、发分置结构对目标成像的影响,针对双基地ISAR系统中机动目标多普勒频率信息的时变特性,将基于时频分析技术的距离-瞬时多普勒成像算法引入双基地ISAR目标像的重建过程中。最后,仿真实验验证了算法的有效性。     

微波光子雷达逆合成孔径成像

微波光子逆合成孔径成像雷达,发挥光子大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等优势,可以提升成像分辨率,并有助于构建分布式阵列雷达,实现精确的三维成像。本文介绍了中国科学院空天信息创新研究院在微波光子雷达逆合成孔径成像方面的成果。首先,搭建了微波光子雷达,基于光子倍频技术产生宽带雷达信号,基于光子去斜处理进行回波信号接收,系统工作在Ku波段,带宽600MHz,实现了对暗室内合作目标和外场非合作目标的二维ISAR成像。在此基础上,结合光射频传输技术和波分复用技术,搭建一发多收的微波光子光纤分布式阵列雷达,在实验室内实现了对3个角反射器的精确三维成像。上述试验结果验证了微波光子技术应用于雷达成像领域的可行性和提升系统关键性能的潜力。     

逆合成孔径雷达成像中距离校正的研究

本文分析了逆合成孔径雷达(ISAR)成像中距离校正的基本原理,提出了两种新的校正方法:峰值对准法和直接校正法。利用雷达实测数据,讨论了上述新方法和幅度相关法的差别,从而肯定了直接校正法的优越性。     

一种基于回波相关的无源合成孔径雷达成像方法

利用机会照射源的无源雷达因为可以解决频带拥挤和具有良好的电子对抗性能,是雷达领域的一个研究热点。鉴于大多数机会照射源发射窄带或超窄带的连续波信号,该文研究采用窄带连续波信号的无源合成孔径雷达(SAR)成像。通过不同接收机回波之间进行相关,建立成像的数据模型,并给出一种滤波反投影(FBP)成像算法,详细分析了影响该成像方法分辨率的因素。通过仿真实验,验证了基于回波相关和FBP的无源SAR成像方法。该方法无需发射机位置信息,适用于任意载机飞行轨迹。     

一种基于相位补偿的前向散射阴影逆合成孔径雷达快速成像方法

传统的基于菲涅尔数值积分的前向散射阴影逆合成孔径雷达(SISAR)成像计算复杂且运算量较大。为提高运算速度,该文对SISAR快速成像方法进行了研究。首先提出一种基于快速傅里叶变换(FFT)的SISAR快速成像方法,并给出了FFT引入相位误差的补偿公式;随后通过对运动补偿后信号频谱进行分析给出了SISAR成像的采样准则,其指出成像所需的信号采样率可以远小于奈奎斯特采样率。仿真结果表明,利用FFT和低采样率的快速成像方法可以在精确成像的基础上大大降低运算量,具有实际工程意义。     

宽带逆合成孔径雷达高分辨成像技术综述

当前,国内外逆合成孔径雷达(ISAR)系统均朝着高载频、大带宽、多极化、分布式、网络化的方向发展,并牵引ISAR成像技术的发展和进步。从ISAR图像的角度来看,ISAR成像的发展变化主要可归纳为精细化成像以提升成像质量和多维度成像以丰富成像信息两个方面。该文首先从雷达回波脉冲压缩、雷达系统失真校正、目标高速运动补偿、距离向自聚焦、平动补偿、转动补偿、图像重构、图像后处理等方面综述雷达精细化成像方法,然后从极化、多频带融合、多站多视角成像、三维成像等方面综述雷达成像维度的扩展,最后从成像建模、复杂场景精细成像、实时成像、成像评价与图像应用等4个方面进行展望分析。      

前向散射阴影逆合成孔径雷达成像误差分析

阴影逆合成孔径雷达(SISAR)成像算法可以从前向散射雷达(FSR)目标回波中提取目标侧影轮廓像,其成像精度由目标的运动轨迹跟踪精度决定。该文基于小衍射角前向散射信号模型,解析推导了SISAR成像误差与目标运动轨迹跟踪误差的关系;分析了跟踪误差对目标侧影轮廓高度差和中线成像结果的影响,给出了对跟踪精度的定量要求。通过大量仿真验证了分析的正确性。     

逆合成孔径雷达成像包络对齐性能评估方法研究

包络对齐的性能直接影响逆合成孔径雷达(ISAR)成像的质量。针对目前包络对齐性能难以客观定量评估的问题,提出一个包络对齐性能定量评估模型。根据目前常用的几种包络对齐算法,以其代价函数作为相应的客观评估参数,并分析其对于包络漂移、包络突跳及信噪比的敏感度。综合各评估参数的敏感度,以此作为在评估模型中所占权值的依据,建立定量评估模型,可避免单一评估参数引起的片面性。实测数据证明了该模型的有效性。