專利名稱：基于調(diào)頻率-壓縮感知的稀疏isar成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，涉及ISAR成像方法，通過字典學(xué)習(xí)得到運動目標距離-方位距離像，更利于后續(xù)的目標識別。
背景技術(shù)：
ISAR成像具有全天時、全天候優(yōu)點，是目標探測與識別的有效手段，因此ISAR成像成為雷達技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。ISAR成像通過發(fā)射寬帶信號得到距離高分辨率，通過對目標回波的相干積累得到高的方位分辨率，從而得到距離-多普勒圖像。由于非合作目標相對于雷達視線轉(zhuǎn)速未知，得到ISAR像方位維多普勒頻率不代表目標的真實尺寸，從而給基于ISAR圖像的目標識別 帶來一定的難度。由于實際系統(tǒng)可能回波脈沖數(shù)有限或部分脈沖受到較強的干擾，傳統(tǒng)基于傅立葉變換的距離-多普勒算法將會失效。為此，國內(nèi)外學(xué)者將超分辨參數(shù)化譜估計方法應(yīng)用到 ISAR 成像中，如[lazarov A D. Iterative MMSE method and recurrent kalmanprocedure for ISAR image reconstruction[J]. IEEE Transations on Aerospace andElectronic System, 2001, 37 (4) :1432-1440]。與傳統(tǒng)非參數(shù)方法相比,參數(shù)化譜估計方法可以得到超分辨的ISAR圖像。由于沒有利用稀疏的先驗信息，上述方法得到的解不精確且收斂性沒有得到證明。超分辨成像實際上是一個內(nèi)插過程，即從一個低維度的信號，恢復(fù)出高維度的信號，由于方程是欠定的，故其解具有不確定性。近年來壓縮感知理論在國內(nèi)外得到了廣泛研究，壓縮感知理論指出在一定的條件可以通過LI范數(shù)優(yōu)化精確恢復(fù)出高維度稀疏信號。由于成像目標散射點具有稀疏的特性，為壓縮感知在SAR/ISAR成像中的應(yīng)用提供了良好的條件。目前已有壓縮感知在ISAR成像中應(yīng)用的研究，如[L. Zhang, M. D. Xing,C. ff. Qiu, J. Li, Z. Bao, ^Achieving higher resolution ISAR imaging with limitedpulses via compressed sensing, ^IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. Lett. ,vol. 6,no. 3,PP. 567-571，Jul. 2009]。文中通過對目標旋轉(zhuǎn)運動一階展開，得到傅立葉字典，然后通過凸優(yōu)化求解，最終得到目標的ISAR像。上述壓縮感知ISAR成像方法雖然在一定條件下可以得到目標的稀疏ISAR圖像，但由于其利用固定的傅立葉字典，因而不具有自適應(yīng)性。另外，由于壓縮感知ISAR成像方法不具有轉(zhuǎn)速信息，得到的為距離-多普勒ISAR圖像，不能代表真實目標尺寸，不利于后續(xù)的目標識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于針對上述已有方法的不足，提出一種基于調(diào)頻率-壓縮感知的稀疏ISAR成像方法。以得到目標的距離-方位距離ISAR圖像，利于后續(xù)的目標識別。實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)思路是在傅立葉基的基礎(chǔ)上，通過引入散射點調(diào)頻率信息，構(gòu)造出更為精確的反映目標運動狀態(tài)的調(diào)頻率字典，利用散射點的調(diào)頻率能夠進行轉(zhuǎn)速估計。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的核心思想是通過對目標旋轉(zhuǎn)運動進行二階展開，得到目標信號模型。通過迭代估計參數(shù)，進而得到轉(zhuǎn)速的估計，最終得到目標的距離-方位距離ISAR圖像。其技術(shù)步驟包括如下(I)對雷達回波進行平動補償，得到ISAR成像的信號模型；(2)根據(jù)得到ISAR成像模型，構(gòu)造ISAR成像的調(diào)頻率字典T ；(3)將雷達回波排列成一個MN的列矢量y，其中M和N分別為雷達距離單元數(shù)和脈沖數(shù)；(4)根據(jù)調(diào)頻率字典T和回波列矢量信號y，利用凸優(yōu)化工具包CVX求解稀疏ISAR的矢量信號w ；(5)根據(jù)得到的稀疏ISAR矢量信號W，利用牛頓法求解調(diào)頻率矢量α ；(6)根據(jù)得到調(diào)頻率矢量α ,計算目標轉(zhuǎn)動參數(shù)ω
權(quán)利要求
1.一種基于調(diào)頻率-壓縮感知的稀疏ISAR成像方法，包括以下步驟 (1)對雷達回波進行平動補償，得到ISAR成像的信號模型； (2)根據(jù)得到ISAR成像模型，構(gòu)造ISAR成像的調(diào)頻率字典T； (3)將雷達回波排列成一個MN的列矢量y，其中M和N分別為雷達距離單元數(shù)和脈沖數(shù)； (4)根據(jù)調(diào)頻率字典T和回波列矢量信號y，利用凸優(yōu)化工具包CVX求解稀疏ISAR的矢量信號w ； (5)根據(jù)得到的稀疏ISAR矢量信號W，利用牛頓法求解調(diào)頻率矢量α； (6)根據(jù)得到調(diào)頻率矢量α，計算目標轉(zhuǎn)動參數(shù)ω
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于調(diào)頻率-壓縮感知的稀疏ISAR成像方法，其中步驟2所述的構(gòu)造ISAR成像的調(diào)頻率字典Τ，按如下步驟進行 2a)依據(jù)雷達ISAR信號模型，構(gòu)造如下多普勒字典Tf及與調(diào)頻率相關(guān)的字典Ta
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于調(diào)頻率-壓縮感知的稀疏ISAR成像方法，其中步驟5所述的牛頓法求解調(diào)頻率矢量a，按如下步驟進行 5a)設(shè)定調(diào)頻率初始值a1=。迭代次數(shù)n=l，收斂門限δ =10_5 ; 5b)利用|y-Tw的梯度fa及Hessian矩陣Ha，計算調(diào)頻率矢量
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于調(diào)頻率-壓縮感知稀疏ISAR成像方法，主要解決現(xiàn)有成像方法模型不精確和不能得到目標距離-方位距離ISAR圖像的問題。其實現(xiàn)過程是(1)對回波進行平動補償；(2)固定調(diào)頻率α的值，構(gòu)造調(diào)頻率字典T，求解得到ISAR信號矢量w；(3)固定ISAR信號矢量w，求解調(diào)頻率α；(4)利用得到的調(diào)頻率α，計算轉(zhuǎn)動參數(shù)ω；(5)用ISAR信號矢量w進行ISAR成像，利用求得的轉(zhuǎn)動參數(shù)ω對ISAR圖像進行方位尺度標注；(6)輸出最終得到距離-方位距離ISAR圖像。本發(fā)明與現(xiàn)有稀疏成像方法相比，模型更精確，求解參數(shù)準確，能夠得到目標距離-方位距離的稀疏ISAR圖像，更有利于后續(xù)目標識別的特征提取與分類器設(shè)計。
文檔編號G01S13/89GK102879777SQ20121034411
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者劉宏偉, 糾博, 劉紅超, 杜蘭, 王英華, 保錚 申請人:西安電子科技大學(xué)