[發明專利]稀疏微波成像方法

有效

• 申請號: 201010147595.5
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN102221696A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 吳一戎;洪文;張冰塵;王彥平;李道京
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種稀疏微波成像方法，其特征在于，將稀疏信號處理引入微波成像，并有機結合形成的微波成像；

通過被觀測對象的稀疏表征域，在空間、時間、頻譜或極化域稀疏采樣，獲取被觀測對象的稀疏微波信號，經對稀疏微波信號處理和信息提取，獲取被觀測對象的空間位置、散射特征和運動特性，通過優化算法，恢復場景目標信息；

根據微波成像觀測數據的稀疏性構建的稀疏微波成像方法，采集的數據量比基于奈奎斯特采樣定理的系統采樣的數據量少，從而降低微波成像系統的復雜度。

2.如權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，所述時間稀疏，是微波成像中距離向采樣時間、方位向采樣時間二維稀疏。

3.如權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，所述空間稀疏，是與平臺位置、陣元分布有關的稀疏特性，通過對各通道回波信號的綜合處理，實現被觀測區域的信息恢復和目標特征信息的提取。

4.根據權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，所述頻譜稀疏，是雷達發射和接收采用稀疏頻譜信號，通過稀疏信號處理恢復寬頻帶信號，并結合時間稀疏微波成像或空間稀疏微波成像獲取被觀測對象的超高分辨圖像和多頻譜特征信息。

5.根據權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，所述極化稀疏，是利用簡縮極化、混合極化技術，通過稀疏極化通道實現目標的全極化數據獲取，以減小對雷達系統收發通道數和脈沖重復頻率的要求。

6.根據權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，所述的聯合稀疏，是利用空間、時間、頻譜或極化其中兩者或兩者以上的稀疏特性，實現聯合稀疏微波成像。

7.如權利要求1所述的稀疏微波成像方法，其特征在于，包括步驟：

步驟S1：發射的信號是線性調頻信號，或隨機序列信號，或空時兩維編碼信號；

步驟S2：信號通過功率放大器放大后，由稀疏微波成像雷達系統的天線進行發射；

步驟S3：根據發射信號的形式和雷達平臺與目標之間的幾何關系建立回波模型；

步驟S4：稀疏微波成像雷達系統的采樣方式，是均勻低速采樣、隨機采樣或經過預處理之后的采樣；

步驟S5：建立稀疏微波觀測方程，實現對觀測場景的恢復：

S51：對于具有明顯稀疏特性的場景X，稀疏微波的觀測方程為：

Y＝ΦX+N

其中，Y為回波數據，Φ為觀測矩陣，N為噪聲；根據稀疏信號處理理論，l₁優化能很好的給出場景X中值最大的K個元素：

X^=argmin||X||lst.||Y-ΦX||2≤ϵ]]>

其中，||·||_l表示變量的l階范數，min(·)表示最小化操作，s.t.表示使得滿足，ε是對于噪聲存在時為優化收斂設定的門限值；

S52：對于不存在明顯稀疏的場景X，必須根據它的稀疏基，包括空間、時間、頻譜、極化或者多維度聯合稀疏特性，場景X的稀疏變換表示為：

X＝Ψθ

其中Ψ為稀疏變換矩陣，θ為X在Ψ變換矩陣下的表示，因此稀疏微波成像雷達的觀測方程表示為：

Y＝ΦΨθ+N

根據l₁優化理論，值最大的K個稀疏基系數由下式給出：

θ^=argmin||θ||lst.||Y-ΦΨθ||2<ϵ]]>

這里，||·||_l表示變量的l階范數，min(·)表示最小化操作，s.t.表示使得滿足；其中，ε是對于噪聲存在時，為優化收斂設定的一個門限，恢復出稀疏系數之后，場景表示為：

X=Ψθ^;]]>

S53：根據上述步驟得到場景信息X中元素的位置對應于被觀測對象的空間位置，X中元素的值對應于被觀測對象的散射特性和運動特性，變換域下θ中元素的值對應于特征信息。