基于压缩感知理论的雷达成像技术与应用研究进展

压缩感知理论基于信号稀疏性,将对信号采样转换为对信息自由度的采样,可大大降低采样率。而将压缩感知理论应用于雷达成像时有望在以下几个方面得到改善:增强成像性能,简化雷达硬件设计,缩短数据获取时间,减少数据量和传输量等。该文从压缩感知的稀疏性,压缩采样,无模糊重建3个关键步骤与成像雷达有机结合的角度,对近年来基于压缩感知理论的雷达成像技术研究现状进行系统综述,重点论述场景稀疏性与成像关系, 压缩采样方法(包括硬件)设计,场景图像快速高精度重建以及成像系统体制应用等方面,最后探讨了压缩感知理论应用尚需解决的问题和进一步发展方向。     

基于压缩感知的弹道导弹微多普勒提取方法

利用微多普勒识别弹道目标的关键是宽带雷达回波信号的微多普勒提取。宽带雷达回波信号的高速采样对硬件和算法提出了更高的要求。将压缩感知方法应用到宽带雷达回波信号的微多普勒提取中,并给出了弹道导弹目标的微多普勒计算公式和利用压缩感知重构弹道导弹微多普勒的方法。在低采样频率下利用压缩感知理论从回波信号中提取的微多普勒,与在高采样频率下利用Gabor变换提取的微多普勒是一致的,这表明利用压缩感知理论以低频率采样弹道导弹回波信号,提取微多普勒,降低工程实现难度的方法是可行的、有效的。     

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。     

基于压缩感知的间歇采样转发干扰方法

针对现代雷达信号带宽大、频率高,相干干扰实现困难的问题,提出了基于压缩感知的间歇采样转发干扰方法.研究了压缩感知基本原理及其对模拟信号处理的实现方法,分析了压缩感知对线性调频信号的间歇采样实现方法及其转发干扰效果.仿真结果表明,压缩感知理论对宽带雷达信号间歇采样具有较好的适用性,对宽带雷达能够实现较好的干扰效果.     

基于压缩感知的随机噪声成像雷达

近年来提出的压缩感知(CS)理论指出可以从很少的采样点中以很大的概率准确重建原始的未知稀疏信号。该文将压缩感知与随机噪声雷达相结合,提出了基于压缩感知的随机噪声雷达,并给出了该雷达系统的基本原理框图,从理论上证明了基于压缩感知的随机噪声雷达的回波观测矩阵具有很好的等容性质,在目标场景稀疏或可以稀疏表示时,基于压缩感知的随机噪声雷达可以采集远小于常规随机噪声雷达成像所需的回波数据并能实现准确成像,最后通过仿真实验验证了该文的结论。     

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。      

基于DCS 的统计MIMO 雷达信号模型及参数估计

分布式压缩感知(Distributed Compressed Sensing, DCS)将单信号的压缩采样扩展到信号群的压缩采样,利用信号内相关性和互相关性对多个信号进行联合重构。统计多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达系统通过多发多收配置,在发射机、目标以及接收机之间构成对目标的分布式探测系统。该文将DCS应用到统计MIMO 雷达中,通过对该场景中目标回波的延时在距离空间稀疏性的分析,提出联合所有接收信号重构目标场景的设想,建立了接收信号的联合稀疏模型,并实现了目标参数估计的联合重构算法。仿真结果表明与基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的算法相比,基于DCS 的算法在进一步降低采样数目的同时提高了参数估计精度,同时也验证了DCS-MIMO 雷达可以有效克服目标的雷达散射截面积(Radar Cross Section, RCS)起伏。      

基于非均匀FFT的压缩感知雷达信号快速重构方法

雷达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OMP的非合作宽带脉冲压缩雷达信号的压缩感知研究

压缩感知技术可以用来实现对非合作宽带信号的欠采样快速处理。宽带脉冲压缩雷达能够有效解决雷达探测距离和距离分辨力的矛盾,在探测领域得到了广泛应用,为实现对非合作宽带脉冲压缩雷达信号的快速欠采样接收处理,本文首先开展了信号稀疏分解与重构算法研究,通过对贪婪算法、凸松弛类算法、组合类算法三大算法进行对比分析,选用了运行速度快且重构精度高的正交匹配追踪(OMP)算法针对非合作宽带脉冲压缩雷达信号进行压缩感知仿真分析。仿真结果表明:在一定信噪比条件下,OMP算法完全能够实现对非合作宽带脉冲压缩雷达信号的欠采样和信号重构,从而实现了对非合作宽带雷达信号的欠采样处理,为处理非合作超宽带雷达信号提供了很好的理论指导。     

基于压缩感知的脉冲体制雷达

本文提出一种基于压缩感知的脉冲体制雷达信号处理方案。在目标场景稀疏的前提下,对回波信号进行稀疏采样。构建一组时一频基,通过求解带约束的优化方程实现场景恢复,得到目标的距离和速度信息。该方法有别于传统雷达的处理方式,能够在低采样率条件下获得更高的时一频分辨率。仿真表明了该方法的有效性。     

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...     

基于压缩感知的二维雷达成像算法

压缩感知理论能够有效地降低高分辨率雷达成像系统的数据率。该文通过对复基带雷达回波信号模型的稀疏性分析,提出了一种具有保相性的压缩感知距离压缩算法。在此基础上建立了距离向采用压缩感知距离压缩算法,方位向采用传统的雷达成像算法处理的雷达2维成像方案。通过对仿真和实测逆合成孔径雷达数据的成像处理验证了方案的有效性。     

基于压缩感知的雷达前视向稀疏目标分辨

主动雷达使用多普勒波束锐化(DBS)和合成孔径雷达技术只能提高在斜视和侧视向的横向距离分辨,而对前视向波束内相同距离但不同方位-俯仰角度上的多个目标难以分辨。该文提出一种基于压缩感知理论(CS)的单接收通道结构雷达前视向稀疏目标分辨方法。多个天线子阵接收信号经随机加权求和后通过单个接收通道输出,同一距离单元上不同脉冲重复周期的接收机输出建模为对同一稀疏信号场景的多次观测,根据观测进行压缩感知信号重构得到稀疏目标场景估计。仿真表明,该方法能够实现雷达对前视向波束内的稀疏目标分辨。     

基于压缩感知的双通道SAR地面运动目标检测方法研究

针对目前双通道SAR地面运动目标检测(GMTI)方法采样数据量过大的问题,该文提出一种基于压缩感知的双通道SAR运动目标检测方法。该方法首先沿方位向进行随机稀疏采样得到双通道原始回波数据,然后通过匹配滤波方法实现距离向聚焦,并利用压缩感知技术实现方位聚焦,最后运用传统相位中心偏置天线(DPCA)技术进行杂波抑制。通过公式推导从理论上分析了该算法利用双通道方位稀疏采样数据实现杂波抑制的可行性,同时详细分析了运动参数对目标成像的影响。仿真与实测数据实验表明该算法在方位向欠采样情况下仍具有良好的杂波抑制性能。     

基于压缩感知和深度学习的分类识别技术

雷达对空飞机目标分类可实现雷达装备获得敌机属性和类别信息,对于现代战争其重要性显得尤为突出。针对复杂电磁环境下的飞机目标分类问题,结合防空雷达的特点建立3类（固定翼、螺旋桨和直升机）飞机旋转部件调制回波模型,并理论分析了不同类型飞机目标的微动特征差异。仿真分析在复杂电磁环境下干扰对微动频谱的影响。引入压缩感知方法进行干扰条件下的微动特征稀疏恢复,采用堆栈自编码学习(SAE)方法构建深层神经网络对目标进行自动特征提取和分类识别;实录数据验证表明,本文特征提取和识别方法在干扰比例41%时识别正确率能达到75%。     

基于ROMP 的压缩感知算法在雷达成像中的应用

压缩感知理论能够解决大带宽、多通道雷达系统的大数据量存储和传输问题。本文将压缩感知理论应用到雷 达高分辨率成像中,研究了基于正则匹配追踪算法（ROMP）的雷达成像算法,并把它和基于平滑0-范数（SL0）优化 和1-范数优化(L1)的雷达成像算法做了对比。通过对数值仿真实验,验证了这三种成像算法的有效性。仿真结果表 明基于ROMP 的压缩感知雷达成像算法在计算速度方面优于基于SL0 和L1 范数的压缩感知雷达成像算法。     

基于压缩感知理论的多普勒解模糊处理

多目标的多普勒解模糊处理是低脉冲重复频率(PRF)雷达的关键技术之一,论文提出一种新的基于压缩感知(CS)理论的多普勒解模糊处理方法,利用多重PRF方式下相参处理间隔内的时域欠采样特性及多普勒频谱的稀疏特性,构造了多普勒解模糊的CS模型,采用正交匹配追踪(OMP)算法直接估计出无模糊多普勒谱的幅度响应,可实现PRF分组参差方式下对多个目标的解多普勒模糊处理,仿真结果验证了算法的有效性。