[發(fā)明專利]基于目標(biāo)散射系數(shù)非負(fù)約束的全變差正則化關(guān)聯(lián)成像方法

有效

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• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109557540B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 包敏;陳穎
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于目標(biāo)散射系數(shù)非負(fù)約束的全變差正則化關(guān)聯(lián)成像方法；首先根據(jù)關(guān)聯(lián)成像的幾何關(guān)系建立雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像模型；對目標(biāo)散射系數(shù)進(jìn)行幅度和相位的拆分，建立非負(fù)約束條件下的全變差正則化函數(shù)；采用交替方向乘子法對正則化函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化求解。本發(fā)明對散射系數(shù)的幅度和相位信息分開考慮，充分利用了散射系數(shù)幅值的非負(fù)性進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)場景的重建，模型的建立更接近于實(shí)際情況，有利于獲得更好的成像效果，與常用的關(guān)聯(lián)成像算法相比，本發(fā)明方法能更好的保留重構(gòu)圖像中區(qū)域之間的邊緣信息，并增強(qiáng)區(qū)域平滑度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于用于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于目標(biāo)散射系數(shù)非負(fù)約束的全變差正則化關(guān)聯(lián)成像方法。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：近年來，關(guān)于雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像技術(shù)的研究不斷深入，并且取得了一系列成果。現(xiàn)有技術(shù)一首次提出了基于時(shí)空二維隨機(jī)輻射場的成像方法，揭示了輻射場的時(shí)空兩維隨機(jī)性是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)超分辨率重構(gòu)的本質(zhì)原因，為后續(xù)的理論研究奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)有技術(shù)二將熱關(guān)聯(lián)成像，雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像和傳統(tǒng)雷達(dá)成像進(jìn)行了對比分析，驗(yàn)證了雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像的有效性。現(xiàn)有技術(shù)三構(gòu)建了微波關(guān)聯(lián)凝視成像的數(shù)學(xué)模型，通過壓縮感知的方法對時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場和散射回波進(jìn)行處理得到反演的目標(biāo)圖像。現(xiàn)有技術(shù)四基于全變差正則化，利用牛頓迭代法對關(guān)聯(lián)成像進(jìn)行求解。但是，在現(xiàn)有的成像算法中均為基于回波幅度信息的信號處理，忽略了雷達(dá)成像不同于其他成像的特殊性即雷達(dá)觀測到的回波數(shù)據(jù)和目標(biāo)散射系數(shù)均為復(fù)數(shù)，特別是目標(biāo)散射系數(shù)的相位信息沒有得到充分利用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有的成像算法中均假設(shè)散射系數(shù)為實(shí)數(shù)，并對其進(jìn)行幅度約束，然而雷達(dá)成像觀測到的回波數(shù)據(jù)和目標(biāo)散射系數(shù)均為復(fù)數(shù)，因此需要對散射系數(shù)的幅度和相位進(jìn)行分開處理，充分利用幅度信息的非負(fù)性。

解決上述技術(shù)問題的難度和意義：

(1)通過對散射系數(shù)的幅度和相位進(jìn)行分開處理，使得成像模型更逼近于實(shí)際情況，有利于獲得更好的成像性能；

(2)對散射系數(shù)的幅度和相位的分開處理，導(dǎo)致常規(guī)成像求解方法不再適用，因此本發(fā)明通過引入交替乘子方向法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于目標(biāo)散射系數(shù)非負(fù)約束的全變差正則化關(guān)聯(lián)成像方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像模型，所述雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像模型為：

表示為矩陣形式為：

b＝Aσ+n；

其中，b為接收信號矢量，A表示輻射場參考矩陣，σ為目標(biāo)散射系數(shù)向量，n為噪聲向量；M為離散成像單元；成像區(qū)域M個(gè)成像單元的散射系數(shù)分別為[σ₁,σ₂,…,σ_M]；回波離散化得到K個(gè)采樣時(shí)刻[t₁,t₂…,t_K]；K個(gè)采樣時(shí)刻的噪聲分別為[n₁,n₂,…,n_K]，為k時(shí)刻，第m個(gè)成像單元的輻射場參考信號。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像模型的構(gòu)建方法，所述雷達(dá)關(guān)聯(lián)成像模型的構(gòu)建方法包括：

(1)將成像區(qū)域分割成M個(gè)離散成像單元，這些離散網(wǎng)格具有相同的尺寸，成像網(wǎng)格的位置坐標(biāo)和散射特性由其中心點(diǎn)處的位置坐標(biāo)矢量和散射系數(shù)代替；成像區(qū)域M個(gè)成像單元的等效散射系數(shù)矢量為σ＝[σ₁,σ₂,…,σ_M]，若在某一個(gè)成像單元中不存在目標(biāo)點(diǎn)，則將散射系數(shù)設(shè)為零；