基于压缩感知的稀疏采样数据大转角ISAR 成像研究

针对方位向稀疏采样条件下,大带宽大转角逆合成孔径雷达(ISAR)高分辨成像时,一维距离像中目标散射点的距离徙动问题,提出了基于贝叶斯压缩感知的稀疏ISAR 成像方法。对于方位向稀疏采样数据,该方法在包络对齐和相位补偿后,通过傅里叶变换将数据变换到距离频率域,对每一距离单元数据,根据方位向稀疏采样的位置构造相应的Keystone基矩阵,利用贝叶斯压缩感知算法重建目标在各距离频域单元的多普勒域系数,最后,通过距离向逆傅里叶变换和方位向自聚焦完成ISAR 成像。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

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。     

一种基于压缩感知的稀疏孔径SAR成像方法

 高分辨大场景合成孔径雷达(SAR)成像给数据存储和传输系统带来沉重负担.本文针对条带式SAR成像,提出一种基于压缩感知技术的稀疏孔径SAR成像方法.该方法沿方位向以部分子孔径采样的方式获取降采样的原始数据,然后在距离向采用传统匹配滤波方法实现脉冲压缩处理,在方位向则利用小波基作为场景散射系数的稀疏基,并通过求解最小l₁范数优化问题重构方位向散射系数.该方法在存在多普勒参数误差情况下,能够有效实现多普勒参数估计,具有良好稳健性.仿真和实测数据成像结果表明所提算法在方位向严重降采样条件下仍能够实现无模糊的SAR成像,具有较强的有效性与实用性.     

结合字典学习技术的ISAR稀疏成像方法

鉴于稀疏ISAR成像方法的成像质量受到待成像场景的稀疏表示不准确的限制,该文将字典学习(DL)技术引入到ISAR稀疏成像中,以提升目标成像质量。该文给出基于离线DL和在线DL两种ISAR稀疏成像方法。前者通过已有同类目标ISAR图像进行学习,获得更优稀疏表示,后者在成像过程中从现有数据中通过优化获得稀疏表示。仿真和实测ISAR数据成像结果表明,结合离线DL和在线DL的成像方法均可获得比现有方法更优的成像结果,离线DL成像优于在线DL成像,而且前者计算效率优于后者。     

基于CV-FISTA网络的稀疏孔径ISAR成像方法

逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)在雷达目标识别、空间监视和弹道导弹防御等领域发挥着重要作用。针对传统稀疏孔径ISAR成像算法对参数敏感和收敛速度慢的问题,提出一种基于复值快速迭代收缩阈值算法网络的稀疏孔径ISAR成像恢复方法。将加速近端梯度方法引入稀疏重构算法中,并将其迭代步骤构建为深度展开网络的隐藏层,构建初始参数相同的随机散射点和飞机散射点的数据集,将复值一维距离像作为网络的输入,利用ISAR像对应的标签对网络进行训练和验证。该方法直接处理复数数据替代传统的分实虚部两路计算方法,显著减少了计算负担。仿真实验表明,相较于传统模型驱动算法,通过对网络进行训练避免了手动调参过程,收敛速度更快,成像质量更高,而且对于特征差异较大的数据具有更好的泛化能力。     

基于稀疏孔径的联合稀疏约束干涉ISAR机动目标三维成像

InISAR系统能够实现对目标的3维几何估计,更加有利于目标的分类和识别。同时多功能ISAR/InISAR系统针对的多是机动性很强的目标,在某些情况下对单个目标仅能获取稀疏孔径观测,尤其是在目标存在机动特性的情况下,更是增加了ISAR成像的难度,这些对传统的ISAR成像算法提出了挑战。为了解决上述这些问题,该文针对机动目标提出一种基于稀疏孔径的联合稀疏约束InISAR 3维成像方法。对匀加速转动的目标,回波的多普勒调制可以建模成线性调频的形式,并用chirp-傅里叶字典来表征其机动性。接着将联合的多通道InISAR 2维成像转化为联合稀疏约束的最优化求解问题,并用改进的OMP算法进行求解。然后利用各个通道估计的ISAR图像和调频参数实现对目标的3维几何重构。相比于单通道独立成像,联合多通道稀疏约束成像能获得更好的2维和3维成像结果。最后,进行实测数据实验以验证该文算法的有效性。     

基于稀疏约束最优化的ISAR相位自聚焦成像算法

本文提出了一种基于稀疏约束的ISAR方位自聚焦算法,能够应用于稀疏孔径ISAR成像中。该算法利用ISAR图像的稀疏特征建立最小1范数成像模型,并将相位误差作为模型误差。然后通过数值迭代的方式进行自适应相位误差估计,最终获得聚焦良好的ISAR图像。同时,成像代价函数的建立基于矩阵模型,有利于采用方位FFT和矩阵的Hardmard乘积操作进行快速求解。由于利用稀疏约束,该方法在低信噪比的条件下仍然能够取得良好的聚焦结果。基于仿真数据和实测数据的结果验证了本文算法的有效性。     

基于统计压缩感知的短孔径ISAR成像方法研究

针对短孔径压缩感知(CS)逆合成孔径雷达(ISAR)成像中仅依靠能量判断距离单元中的散射点数目可能会引起虚假点或漏检的问题,本文提出了一种基于统计CS的短孔径成像方法。该方法利用目标所处环境的背景噪声与杂波的统计信息来提取散射点,按照期望的虚警概率设置检测门限,对所有距离单元的回波信号进行高斯检测,筛选出存在散射点的距离单元,最后利用统计CS技术进行散射点的参数估计并成像。实测数据的处理结果验证了该方法可以充分表现目标的几何细节特征,并且仅用非常有限的脉冲就可得到高分辨的目标图像。     

基于压缩感知的进动目标ISAR成像方法

针对弹道中段进动目标姿态复杂变化给逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像带来的困难,在分析旋转对称进动目标回波模型的基础上,给出了回波模型的线性化表征形式,提出了基于压缩感知的进动目标成像方法,根据算法资源需求提供了两种数据处理方式,〖JP2〗即二维联合处理和分频处理,并对二者的性能进行了分析比较。〖KG-*4〗基于暗室测量数据的实验结果表明,与现有方法相比,〖JP〗所提方法通过少量回波数据即可实现进动目标的高分辨成像,改善了成像质量,并提高了对进动参数的稳定性。     

基于块稀疏贝叶斯模型的ISAR成像方法

传统ISAR稀疏成像主要针对独立散射点散射系数的重构问题,然而实际情况下目标散射点之间并不是独立存在的,而是以区域或块的形式存在,在该情形下利用常用的稀疏重构算法并不能完全地刻画块状目标的真实结构,因此该文考虑采用块稀疏重构算法进行目标散射系数重建。基于块稀疏贝叶斯模型和变分推理的重构方法(VBGS),包含了稀疏贝叶斯学习(SBL)方法中参数学习的优点,其利用分层的先验分布来表征未知信号的稀疏块状信息,因而相对于现有的恢复算法能够更好地重建块稀疏信号。该方法基于变分贝叶斯推理原理,根据观测量能自动地估计信号未知参数,而无需人工参数设置。针对稀疏块状目标,该文结合压缩感知(CS)理论将VBGS方法用于ISAR成像,仿真实验成像结果表明该方法优于传统的成像结果,适合于具有块状结构的ISAR目标成像。     

基于分层贝叶斯Lasso的稀疏ISAR成像算法

逆合成孔径雷达(ISAR)目标回波具有明显的稀疏特征,传统的凸优化稀疏ISAR成像算法涉及繁琐的正则项系数调整,严重限制了超分辨成像的精度及便捷程度。针对此问题,该文面向非约束Lasso正则化模型,建立分层贝叶斯概率模型,将非约束的$ {\ell _1}$范数正则化问题等效转化成稀疏拉普拉斯先验建模问题,并在分层贝叶斯Lasso模型中建立正则项系数依赖的概率分布,从而为实现完全自动化参数调整提供便利条件。考虑到目标稀疏散射特征和多超参数的高维统计特性,该文应用吉布斯(Gibbs)随机采样方法,实现对ISAR目标稀疏特征的求解,并同步获取包括正则项系数在内的多参数估计。基于该文研究方法可实现全部参数均通过数据学习获得,从而有效避免繁琐的参数调整过程,提升算法的自动化程度。仿真及实测数据均可证明该方法的有效性和优越性。     

基于分层贝叶斯Lasso的稀疏ISAR成像算法

逆合成孔径雷达(ISAR)目标回波具有明显的稀疏特征,传统的凸优化稀疏ISAR成像算法涉及繁琐的正则项系数调整,严重限制了超分辨成像的精度及便捷程度.针对此问题,该文面向非约束Lasso正则化模型,建立分层贝叶斯概率模型,将非约束的范数正则化问题等效转化成稀疏拉普拉斯先验建模问题,并在分层贝叶斯e1 Lasso模型中建立正则项系数依赖的概率分布,从而为实现完全自动化参数调整提供便利条件.考虑到目标稀疏散射特征和多超参数的高维统计特性,该文应用吉布斯(Gibbs)随机采样方法,实现对ISAR目标稀疏特征的求解,并同步获取包括正则项系数在内的多参数估计.基于该文研究方法可实现全部参数均通过数据学习获得,从而有效避免繁琐的参数调整过程,提升算法的自动化程度.仿真及实测数据均可证明该方法的有效性和优越性.     

一种复杂运动目标的ISAR成像算法

在对复杂运动目标进行逆合成孔径雷达成像时,由于转动矢量随时间而变化,回波信号中会引入一个与散射点位置有关的相位误差,无法用通常的相位补偿方法进行校正,应用距离-多普勒算法获得的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)像会变得模糊.本文分析了目标转动矢量变化使得ISAR像模糊的内在原因,给出了目标三维转动状态下的ISAR信号形式,并基于散射点信号的特点提出了一种复杂运动目标的ISAR成像算法.该算法不仅适用于转动矢量方向不变的非均匀转动目标,而且对于转动矢量方向缓慢变化的目标,算法仍然能够有效地提高ISAR成像的质量.仿真试验结果表明了该算法的有效性.     

雷达成像中稀疏孔径外推新算法

该文提出一种由稀疏孔径数据外推全孔径估计算法,这种算法对于稀疏孔径存在大的空缺的情况,可以利用已知稀疏孔径用参数化方法得到准确的稀疏孔径频域能量分布估计,把稀疏孔径功率谱估计作为先验信息,以最小加权范数为约束进行外推估计空缺孔径,得到完整孔径估计。该算法可有效应用于合成孔径雷达稀疏孔径成像,仿真与实际数据处理结果证实算法的有效性。     

大孔径超稀疏阵列综合算法研究与应用

超稀疏阵列大孔径场景下最优布阵求解问题是在满足特定副瓣电平要求下,通过对布阵位置和阵元权值的优化获得最稀疏解。该问题属于NP-HARD问题,求解时存在搜索空间大、搜索时间长以及难以求得全局最优解等问题。为了解决上述问题,本文基于交替寻优的思想提出了一种针对大孔径场景下超稀疏阵列方向图综合的快速算法。该算法通过对求解空间进行划分后交替优化快速得出一个初始解,在初始解基础上构建相邻域形成新的求解空间,通过二次搜索寻优得到最优解。本算法通过对初始解空间进行划分和相邻域的构建,可大幅缩短每次优化的时间。本文通过对超稀疏线阵若干场景进行了仿真验证,仿真结果证明了该算法的有效性。     

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。     

Sparse, Active Aperture Imaging

We describe an approach to radar imaging of an isolated, rotating target using coherent, sparse, or highly thinned arrays of transmit/receive elements. The array elements are assumed to be randomly positioned and accurately surveyed after placement. Further, the isolated target is assumed to occupy a limited angular sector such that there is no source of backscatter beyond the sector occupied by the target. Estimates of the resolution and image quality are provided when the array elements are widely separated and operate with coherent, multiple-input multiple-output (MIMO) signaling and inverse synthetic aperture radar (ISAR) processing at each MIMO element pair. The sparse array operation can provide superior resolution when compared to the ISAR processing and accurate estimation of scattering properties with a modest number of sparse array elements. The performance of a model-based estimator to physical optics like scattering with MIMO signaling is described. Several important issues relating to feasibility remain to be investigated. These include establishing coherence and timing among the widely separated array elements, adaptive beamforming and processing requirements and coherence of the scattering phenomena with the widely separated MIMO elements.      

基于RWT的旋转微动目标二维ISAR成像算法

本文针对旋转微动目标的二维ISAR成像问题,首先,分析了目标旋转微动及刚体部件在距离-慢时间域的回波特性;其次,提出了基于解正弦调频RWT的旋转微动部件成像算法,同时,提取旋转微动散射点的位置参数并滤除其回波,对剩余回波采用基于RWT方法进行刚体回波重建,并利用传统RD算法获得刚体ISAR像;最后,仿真结果证明了本文算...