[發明專利]一種基于稀疏度估計的分維度閾值迭代稀疏微波成像方法

有效

• 申請號: 201410497525.0
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104251991B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 全相印;張冰塵;蔣成龍;趙曜;張柘;吳一戎
• 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
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳;仇蕾安

技術領域

本發明屬于稀疏微波成像體制下的雷達二維成像技術領域，具體涉及一種基于稀疏度估計的分維度閾值迭代稀疏微波成像方法。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)作為一種主動式微波成像技術，具有全天時、全天候、成像分辨率高等諸多優點。傳統SAR成像技術所要用到的采樣數據是按照Nyquist采樣定律采樣獲得的。隨著對SAR系統成像質量要求的不斷提高，基于Nyquist采樣定律的采樣過程不可避免地產生大量的采樣數據，致使對采樣數據的實時存儲、實時傳輸和實時處理變得越來越困難。但是，雷達系統觀測的許多目標場景在特定的基底上是具有稀疏性的，能夠利用壓縮感知技術得到很好地重建。不同于傳統的采樣方式，壓縮感知技術利用信號的稀疏性，將壓縮與采樣相結合，以低于Nyquist采樣率的頻率采樣，實現信號的重建。可是，隨著采樣率的大幅降低，利用整體閾值迭代稀疏微波成像方法獲得的成像結果，也會像匹配濾波成像方法一樣，存在因頻譜混疊所導致的大量虛假目標，致使對目標場景中強點目標坐標位置的估計與其真實坐標位置之間存在較大的偏差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：在采樣率大幅降低的情況下，由整體閾值迭代稀疏微波成像方法得到的成像結果中會存在大量的虛假目標，針對由此導致的目標場景后向散射系數估計值無法真實地反映目標場景電磁散射特性的問題，提出了一種基于稀疏度估計的分維度閾值迭代稀疏微波成像方法。該方法不僅能夠自適應地設定迭代閾值，還能夠降低因降采樣造成的頻譜混疊所導致的虛假目標對最終成像質量的影響；該方法能夠利用在降采樣條件下獲得的雷達回波數據，重建出高質量、高精度微波圖像。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方法是：

一種基于稀疏度估計的分維度閾值迭代稀疏微波成像方法，具體步驟為：

步驟一、利用實際試驗的雷達系統參數，構建雷達觀測模型，基于所述觀測模型計算目標場景的稀疏度估計值；

步驟二、根據所述稀疏度估計值，自適應地設定對應不同正交維度坐標條狀區域的閾值，利用分維度閾值迭代算法，估計強點目標的坐標位置；

步驟三、基于所述強點目標的坐標位置，利用最小二乘支集投影方法，恢復目標場景的后向散射系數，實現微波成像。

進一步地，本發明所述步驟一的具體過程為：

步驟101：利用實際試驗的雷達系統參數，構建雷達觀測模型，根據待觀測目標在雷達波束照射范圍內的幾何面積，預估一個目標場景稀疏度的取值范圍[0,S_max]，其中，S_max等于待觀測目標在雷達波束照射范圍內的幾何面積與雷達非模糊成像區域面積的比值；

步驟102：初始化參考場景稀疏度S₁＝S_max，設定參考場景后向散射系數矢量x_t的長度L、更新步長ΔS>0、參考場景重建試驗次數N、實際試驗的信噪比和降采樣條件、稀疏度估計值輸出條件，令t＝1；

步驟103：使，判斷更新后的S_t是否在取值范圍[0,S_max]內，若未在取值范圍內，則結束該方法，否則，根據S_t取值所確定的參考場景后向散射系數矢量x_t中非零元素個數S_tL，隨機選取非零元素的位置，構建參考場景的后向散射系數矢量x_t，依據雷達觀測模型與所述實際試驗的信噪比和降采樣條件，生成對應參考場景的后向散射系數矢量x_t的回波數據y_t；

步驟104：利用稀疏微波成像模型，計算對應回波數據y_t的參考場景后向散射系數矢量的估計，比較矢量與x_t的支撐集，若兩支撐集相同，則認為在此次重建試驗中參考場景重建成功，反之，重建失敗；

步驟105：對應同一個稀疏度S_t，對由步驟103和步驟104構成的重建試驗重復執行N次，統計出在N次重建試驗中參考場景重建成功次數M_t，得到對應稀疏度S_t的重建概率M_t/N；