利用二维结构稀疏信息的调频步进ISAR高分辨成像新方法

针对已有利用压缩感知理论进行逆合成孔径（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像方法在低信噪比、欠采样率条件下性能下降严重等问题,依托调频步进波形独有特征并充分利用目标分布的二维结构稀疏信息,提出一种"先方位聚焦后距离分辨"的调频步进ISAR高分辨成像新方法.首先,对回波进行子脉冲脉压,在分析调频步进ISAR回波方位向特有的结构稀疏特征基础上,构建方位向的分布式压缩感知稀疏重构模型;其次,采用分布式压缩感知算法对该模型重构,从而获得低信噪比条件下的方位高分辨成像;最后,利用距离维的回波特征构建任意稀疏重构模型,实现距离向快速成像.由于该方法先进行方位聚焦,再进行距离分辨,并充分利用了目标的结构稀疏性,因此不仅具有抗噪性能强、重构精度高以及采样率低等特点,且避免了越距离单元走动对方位聚焦的影响.仿真与实测数据实验验证了本文方法的有效性.     

基于压缩感知理论的稀疏孔径ISAR成像

在基于压缩感知理论的逆合成孔径雷达成像过程中,利用正交匹配追踪算法进行信号重构时存在重构精度较低、运算速度较慢的缺点,针对上述问题,提出了一种利用改进正交匹配追踪算法进行信号重构的稀疏孔径高分辨成像方法。首先,构造数据选择矩阵作为测量矩阵模拟回波缺失情况,然后利用稀疏基矩阵对回波信号进行稀疏表示,最后采取一种改进正交匹配追踪算法进行图像重构,相比于正交匹配追踪算法同时提高了运算速度和成像质量。通过仿真实验,在稀疏孔径数据随机缺失的情况下,改变数据缺失率,将该算法与距离-多普勒算法和正交匹配追踪算法的成像结果进行对比,验证了该算法的有效性和优越性。     

非理想正交波形下分布式ISAR运动目标二维成像方法

分布式ISAR成像中若发射波形非理想正交,传统的匹配滤波方法难以得到理想的距离像,进而会影响方位成像效果。基于稀疏的方法可代替匹配滤波进行距离像分离。该文在给出单次快拍时距离像稀疏表示模型后,通过调整收发阵元的时延,可以使多接收阵元的距离像具备联合块稀疏特性。随后采用1阶负指数函数(SOONE)实现多观测向量联合块稀疏算法(MMV-JBlock)提升稀疏重构的效果。多次快拍时,在每个快拍时刻采取MMV-JBlock方法分离距离像。在对齐多通道距离像后,对方位相位中非关心方向运动和误差项进行补偿,最后也采用稀疏方法得到目标的方位像。仿真验证了在不同稀疏度和不同信噪比下所提算法的重构性能,并仿真实现了分布式ISAR对运动目标的成像,验证了所提方法的有效性。     

基于随机调频步进信号的高分辨ISAR成像方法

为充分利用随机调频步进逆合成孔径雷达回波所具有的联合稀疏特征,提高成像性能,该文提出一种基于分布式压缩感知理论的随机调频步进逆合成孔径雷达高分辨成像方法。首先构建随机调频步进信号回波的联合稀疏表示模型,并完成子脉冲的脉冲压缩处理;其次,基于每组子脉冲的随机方式(组与组之间的随机方式不同),构建相应的随机量测矩阵,获取回波的压缩感知信号模型,并利用分布式压缩感知理论实现距离向联合高分辨重构;最后结合回波在方位向的稀疏性,采用快速稀疏重构算法实现方位向高分辨成像。理论分析和仿真结果表明由于充分利用了随机调频步进信号回波的随机性与联合稀疏特征,所提出方法具有重构精度高、距离向采样率低、抗噪性能强等特点。     

基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法

在回波数据稀疏、低信噪比等不利条件下,利用随机调频步进信号进行ISAR成像时,成像性能将会严重下降。针对上述问题,该文在充分分析随机调频步进信号回波特性的基础上,提出利用目标距离向具有的联合块稀疏特征来获得高质量ISAR图像的新方法。首先,推导了在随机调频步进信号发射波形条件下目标回波信号的联合块稀疏成像模型并分析了该模型特征;其次,提出了联合块稀疏正交匹配追踪稀疏重构算法(JBOMP)实现对模型的求解。该算法利用ISAR回波信号具有的块稀疏以及联合稀疏等先验信息,因此在低量测值、低信噪比条件下的ISAR成像性能得到了增强。所提算法还可以实现对多维信号的联合处理,且具有较快的运算速度。理论分析与仿真实验均验证了所提方法的有效性。     

穿墙雷达建筑物结构布局稀疏成像方法

在穿墙雷达建筑物布局成像中,鉴于内部目标、墙角及杂波会对墙体回波产生较大的影响,导致形成的墙体图像模糊、轮廓不明显。为此,提出一种联合低秩稀疏分解和全变分约束稀疏重构的成像方法。该方法首先通过快速迭代软阈值算法求解低秩稀疏分解,恢复出墙体回波,然后通过增广拉格朗日和交替方向算法求解全变分约束下的稀疏重构系数,重构墙体图像。仿真和实测结果表明,该方法可以有效消除建筑物内部目标、墙角及杂波对墙体成像的影响,从而得到清晰的建筑物布局轮廓。     

基于稀疏贝叶斯正则化的阵列SAR高分辨三维成像算法

阵列合成孔径雷达(Linear Array Synthetic Aperture Radar, LASAR) 3维成像技术是一种具有重要潜在应用价值的雷达成像新体制,但受线阵天线及平台尺寸限制,传统匹配滤波成像算法难以实现LASAR高分辨3维成像。该文利用LASAR回波信号及观测目标的先验分布特性,提出了一种基于快速稀疏贝叶斯正则化重构的LASAR高分辨3维成像算法。该算法先结合贝叶斯估计准则及最大似然估计原理,构造LASAR目标重构的稀疏贝叶斯最小化代价函数;再利用迭代正则化方法求解联合范数最优化问题实现LASAR稀疏目标高分辨3维成像。另外,针对稀疏贝叶斯正则化成像运算量大的问题,结合位置预测快速成像思路,利用阈值分割算法对稀疏粗成像进行强目标提取,进而提升算法运算效率。仿真数据和实测数据验证了该文算法的有效性。      

稀疏分解在雷达一维距离像中的应用

雷达一维距离像成像本质上是对雷达目标散射特性进行信号表示的过程,它以其获取的简单性及有效性,在雷达成像及目标识别方面得到了广泛的应用。针对雷达目标几何绕射参数化模型,利用稀疏分解方法,研究了高分辨一维距离像的重构及特征提取问题。以此可以避免奈奎斯特采样定理的弊端,以更贴近信号本质特征的方法处理雷达回波信号。通过匹配追踪算法,寻找最佳匹配原子的位置,以此估计雷达目标散射点参数。实验结果表明该方法在信号重构及特征提取方面的有效性。     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

基于分布式压缩感知的窄带LFMCW旋翼成像方法

针对窄带LFMCW体制雷达旋翼成像问题,研究了一种基于分布式压缩感知(DCS)的窄带LFMCW旋翼ISAR成像方法。在该方法中,根据窄带LFMCW体制雷达成像与传统脉冲体制回波模型上的差异,基于转速参数估计和压缩感知理论,建立了LFMCW体制雷达旋翼回波稀疏基以及稀疏表示模型,在此基础上,研究了相应的ISAR成像方法。在该算法中,首先提取出脉压后旋翼所在距离单元内的回波,通过自相关思想并利用图像熵完成对旋翼目标叶片个数和旋翼转速的估计;然后对于方位欠采样条件时传统方法不适用于LFMCW雷达的旋翼成像问题,根据旋翼转速信息构建出窄带LFMCW分布式稀疏基,将Dechirp后的回波信号通过DSOMP算法进行重构,实现最终成像。仿真结果验证了所研究方法的可行性和有效性。     

Narrow-band radar imaging for off-grid spinning targets via compressed sensing

Due to the spinning target’s distribution on a continuous scene, it is impossible to guarantee that all scatterers are located exactly on the pre-discretized grid. Off-grid problem will lead to the mismatch of sensing matrix, which severely affect the performance of conventional narrow-band radar imaging based on compressed sensing. By reformatting the signal model and improving the sparse recovery algorithm, a robust narrow-band radar imaging method for off-grid spinning targets is proposed. Firstly, an imaging model, considering the gridding error, is developed, which is more close to the distribution of real target. Secondly, we put forward an improved orthogonal matching pursuit algorithm for the optimization of reconstruction, and introduce the nonlinear least squares method to further improve the reconstruction accuracy of scatterers. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by simulation and real data, and the selection rule of grid size is presented by quantitative analysis.     

基于快速SBL的双基地ISAR成像

针对稀疏孔径条件下双基地ISAR成像分辨率低、运算时间长等问题,提出了一种基于快速稀疏贝叶斯学习的高分辨成像算法。首先,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径回波模型,然后将整个二维回波数据进行分块处理,并假设目标图像各像元服从高斯先验,建立稀疏贝叶斯模型,再利用快速边缘似然函数最大化方法求解得到高质量目标图像,最后将所求的每块回波对应的目标图像合成整个二维图像。由于采取了分块处理,在每块图像重构时减少了数据存储量和计算量。另外,相比于传统的稀疏贝叶斯学习求解方法,本文所提快速算法在保证重构质量的同时进一步缩短了运算时间,仿真实验验证了算法的有效性和优越性。     

结合MD自聚焦算法与回波模拟算子的快速稀疏微波成像误差补偿算法

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论引入微波成像中,利用系统的稀疏约束突破传统合成孔径雷达(SAR)成像中系统复杂度的瓶颈,是微波成像的新理论、新体制和新方法。在传统的机载SAR成像中都会面临非理想运动带来的回波相位误差问题,可通过基于回波数据的自聚焦算法加以解决;但在机载稀疏微波成像中,因稀疏微波成像采用稀疏重建算法取代了传统SAR中基于匹配滤波的信号处理方法,传统的基于回波数据的自聚焦算法难以直接应用。现有基于稀疏重建的自聚焦算法主要基于两步迭代方法,收敛速度慢、运算量大。该文以基于回波模拟算子的快速稀疏微波成像算法为基础,将子孔径相关(MD)自聚焦算法引入,与之结合构建了新的MD-回波模拟算子自聚焦算法。该方法继承了基于回波模拟算子算法快速重建的优势,并利用MD自聚焦算法实现了回波2次相位误差的正确补偿,与现有基于两步迭代的稀疏微波成像自聚焦算法相比,收敛速度快,并可以实现较好的自聚焦效果。      

基于稀疏步进调频信号的低信噪比逆合成孔径雷达成像

针对稀疏步进调频信号对目标径向运动敏感且低信噪比(SNR)下难以聚焦成像的问题,该文提出基于遗传算法和稀疏贝叶斯学习的平动补偿与高分辨逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法.首先,针对稀疏步进调频信号建立回波模型和稀疏观测模型,通过构造参数化字典,将ISAR成像问题转换为目标运动参数估计与高分辨距离像(HRRP)合成的联合...     

基于稀疏贝叶斯学习的双基雷达关联成像

双基雷达具有隐蔽性高、抗干扰性能强等优点,在现代电子战中发挥重要作用。基于雷达关联成像原理,该文研究运动目标双基雷达关联成像问题。首先,针对采用均匀线性阵列作为收发天线的双基雷达系统,在发射随机频率调制信号条件下,分析运动目标雷达回波信号特点,建立双基雷达关联成像参数化稀疏表征模型;其次,针对建立的参数化稀疏表征模型,提出一种基于稀疏贝叶斯学习的迭代关联成像算法。该算法在建立贝叶斯模型基础上,通过贝叶斯推理,得到稀疏重构信号,从而实现对运动目标成像和运动参数的精确估计。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性。     

一种用于人体安检的三维稀疏太赫兹快速成像算法

太赫兹全息成像技术在人体安检成像、隐匿武器检测、无损检测等领域具有广阔的应用前景。该文提出了一种能够避免产生距离混叠现象的3维稀疏太赫兹快速成像体制和成像算法。该方法通过对太赫兹雷达的3维成像几何及相应回波模型的分析,利用随机稀疏频点数据来有效消除距离混叠现象;同时利用对稀疏回波数据的频谱搬移和插值来获得包含目标完整信息的3维数据,以实现对目标的3维分辨成像。通过对0.2 THz波段的仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。      

基于迭代近端投影的二维欠采样合成孔径雷达成像

合成孔径成像雷达(SAR)具有数据量大、采样率高等特点,针对传统压缩感知(CS)的SAR成像存在精度低及抗噪性能差的问题,该文提出一种基于迭代近端投影(IPP)的2维欠采样合成孔径雷达成像重建方法。即通过对雷达回波构建为距离频域-方位多普勒域的2维稀疏表示模型,在此基础上将成像问题转化为距离向和方位向压缩感知稀疏重构问题,利用迭代近端投影算法的函数优化模型来表示合成孔径雷达成像中的稀疏表示,最后采用平滑削边绝对偏离(SCAD)罚函数获得近端算子以求解该模型并进行成像。仿真与实测数据处理结果表明,所提方法成像效果更好。